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冷凍前,液態水分子處於無序狀態;而冷凍後,水分子通過氫鍵形成有序的六元環結構。直接冷凍的水會產生不規則的花紋,而經過沸煮5分鍾後再冷凍的水,花紋數量會減少,但不會完全消失。
冰塊中的花紋是由未能逃逸的空氣造成的。水分子在凝固成冰的過程中會排斥其中的氣體和雜質,這些雜質被逐漸推向冰塊內部,形成微小的氣泡。這些氣泡可以通過減少水中的氣體溶解度來減少,但無法完全消除。

有實驗數據表明,水結成冰是通過水分子通過氫鍵形成有序的六元環晶格結構。而冰箱中水的凝固是從外向內的,導致氣體無法順利逃逸,最終形成冰塊內部的氣泡。
為了製作完全透明的冰塊,需要控製冰晶的生長速度和方向。可以通過使用帶有隔熱層的容器,倒入冷卻的白開水,然後放入冰箱冷凍區。這樣可以使水結冰的速度減慢,並形成從上到下的方向,使氣泡聚集在底部。經過24小時冷凍後,取出冰塊,切除底部的氣泡部分,即可得到較為透明的冰塊。
此外,使用製冰機製作的冰塊通常透明度較高,因為製冰機通過噴淋方式使水層層結冰,在中間的水未完全凍結前即停止製冰,從而形成中空的結構。