почему вода замерзает

Ответ от В и х р ь[гуру]
Здравствуйте! Причина кристаллизации воды - переход в новое качественное состояние вещества при меньшей энергии тепловых колебаний молекул и "упаковка" молекул в кристаллическую решётку - рост кристаллов. Это свойственно для всех веществ в природе, а не только для воды и явление называется "фазовый переход". Теория фазовых переходов имеется, здесь не хватит места для её даже краткого изложения. Для процесса кристаллизации в жидкости необходимы ядра кристаллизации - твёрдые частицы - микровзвеси, которые за счёт турбулентности имеютсяв жидкости и не "оседают", они и служат "гачалом" для роста кристалла, идёт рост кристаллов и от стенок сосуда. Но этом принципе основан метод очистки воды (имется патент) см. :
Принято считать, что при нормальном атмосферном давлении и наличии в воде микро-взвесей - ядер кристаллизации вода начинает кристаллизовываться при слабо отрицательной температуре (-0,1 С) , именно поэтому в шкале Цельсия значение 0 градусов и принято за значение температуры фазового перехода Вода-Лёд и Лёд-Вода. Но ещё давно было обнаружено, что вода иногда сохраняется в жидком виде и не замерзает при довольно низкой температуре. Это чаще всего наблюдается с чистой дистиллированной водой, поскольку в ней нет микровзвесей (служащих ядрами кристаллизации) и можно обнаружить такую жидкую воду при температуре даже -20 С. С этим часто сталкиваются метеорологи, когда проводят наблюдения по психрометру, у которого один их термометров обёрнут батистом, смоченным дистиллированной водой. Поэтому при наблюдении при низкой температуре воздуха записывается в данных смоченного термометра "лёд! " или "вода! "", поскольку при разном состоянии воды на смоченном термометре расчёт влажности будет разным. Но чаще всего переохлаждённая и незамёрзшая вода встречается в атмосфере. Микрокапельки облаков (а это также дистиллят) не замерзают даже до -30 С и иногда ниже (облака нижнего яруса) , в то время как облака среднего (2-6 км) и верхнего (более 6 км) обычно состоят из микрокристаллов. Выпадение переохлаждённого дождя при отрицательной температуре воздуха, хотя и редкое, но очень опасное явление природы - ГОЛОЛЁД, вызывающее быстрое намерзание льда на проводах, ветвях и деревьях, массовые обломы ветвей и даже падения деревьев, а также обрывы проводов и не нужно путать это явление с ГОЛОЛЕДИЦЕЙ - скользкой дорогой (которое наблюдается всю зиму). Подробнее см. по этому вопросу мой ответ на вопрос: Кроме того, из-за наличия в атмосфере переохлаждённых капельно-жидких облаков при отрицательной температуре возникает очень опасное явление погоды для авиации - Обледенение ВС (в оздушных судов). При этом переохлаждённые капельки облака при встрече с поверхностью ВС ударяются об неё и мгновенно намерзают, создавая очень плотный "матовый лёд", обладающий сильной адгезией ("налипанием на поверхность"). Поэтому лёд начинает быстро нарастать на крыльях, фюзеляже, воздухозаборниках двигателей и даже на винтах винтомоторных самолётов! Из за обледенения в мире уже произошло в истории авиации сотни авиапроисшествий, и к сожалению, они продолжают происходить, несмотря на применяемые технические средства по удалению обледенения с поверхности ВС и тщательные рекомендации авиационных синоптиков по обходу опасных зон обледенения. Мне пришлось участвовать в расследовании нескольких таких авиапроисшествий. Так что переохлаждённая вода в атмосфере не так уж и безобидна!
Всего Вам доброго
P.S. Ваши слишком длинные собственные пояснения к вопросу - практически Ваш ответ! Так делать не принято.