二、水和冰的性质
水与元素周期表中邻近氧的某些元素的氢化物，例如CH4、NH3、HF、H2S等的物理性质比较，除了黏度外，其他性质均有显著差异。水分子形成三维氢键的能力可以用于解释水分子异常的物理化学性质，例如高熔点、高沸点、高比热和相变焓，这些均与破坏水分子的氢键所需要的足够能量有关；水的高介电常数则是由于氢键所产生的水分子簇，导致多分子偶极，从而有效地提高了水分子的介电常数。
水的熔点、沸点比这些氢化物要高得多，介电常数、表面张力、热容量和相变热（熔融热、蒸发热和升华热）等物理常数也都异常高，但密度较低。此外，水结冰时体积增大，表现出异常的膨胀特性。水的热导值大于其他液态物质，冰的热导值略大于非金属固体。0℃时冰的热导值约为同一温度下水的4倍，这说明冰的热传导速率比生物组织中非流动的水快得多。从水和冰的热扩散值可看出水的固态和液态的温度变化速率，冰的热扩散速率为水的9倍；在一定的环境条件下，冰的温度变化速率比水大得多。水和冰无论是热传导或热扩散值都存在着相当大的差异，因而可以解释在温差相等的情况下，为什么原料的冷冻速度比解冻速度更快。水和冰的物理常数见表2-1。
表2-1 水和冰的物理常数
在水的冰点温度时，水并不一定结冰，其原因包括溶质可以降低水的冰点，再就是产生过冷现象。所谓过冷（supercooling）是由于无晶核存在，液体水温度降到冰点以下仍不结冰。只有当温度降低到开始出现稳定性晶核时，或在振动的促进下才会立即向冰晶体转化并放出潜热，同时促使温度回升到0℃。开始出现稳定晶核时的温度称过冷温度。当在过冷溶液中加入晶核，则不必达到过冷温度时就能结冰，而且是在这些晶核的周围逐渐形成长大的结晶，这种现象称为异相成核。但此时生成的冰晶粗大，因为冰晶主要围绕有限的晶核长大。过冷度愈高，结晶速度愈慢，这对冰晶的大小是很重要的。当大量的水慢慢冷却时，由于有足够的时间在冰点温度产生异相成核，因而形成粗大的晶体结构。若冷却速度很快就会发生很高的过冷现象，则很快形成晶核，但由于晶核增长速度相对较慢，因而就会形成微细的结晶结构，这对于冷冻食品的品质提高是十分重要的。
食物中含有一定的水溶性成分，可以使食物的结冰温度（冻结点）持续下降到更低，直到食物到了低共熔点。低共熔点在-65～-55℃之间，而我国的冻藏食物的温度常为-18℃，因此，冻藏食物的水分实际上并未完全凝结固化。尽管如此，在这种温度下绝大部分水已冻结了，并且是在-4～-1℃之间完成了大部分冰的形成过程。现代冻藏工艺提倡速冻，因为该工艺下形成的冰晶体呈针状，比较细小，冻结时间缩短且微生物活动受到更大限制，因而食物品质好。
对于烹饪专业的学生来说，掌握水的物理化学性质很重要，例如以体积质量而言，水在4℃时密度最大，但水结成冰的时候，其体积却膨胀了约9%，这就有可能造成许多种生鲜的烹饪原料（包括动物肌肉和水果、蔬菜）的细胞组织在冻藏储存保鲜时，受到冰晶的挤压被破坏，从而在解冻时不能复原，导致汁液流失、组织溃烂、滋味改变等现象，而不利于各种烹饪操作。