为什么热水比凉水更容易结冰？

引起热水比冷水先结冰的原因主要是传导、汽化、对流三者相互作用的综合结果。
从生物作用方面来看，水要结成冰，水中需要许多结晶的中心，生物实验发现，水中的微生物往往是“结晶中心”。
而某些微生物在热水(水温在100℃以下一点)中繁殖比冷水中快，这样一来，热水中的“结晶中心”比冷水中的多得多，加速了热水结冰的协同作用，围绕“结晶中心”生长出子晶，子晶是外延结晶的晶核，对流使各种取向的分子都流过子晶，依靠晶体表面的分子力，抓住合适取向的水分子，外延出分子作有序排列的许多晶粒，悬浮在水中，结晶释放的能量通过对流放出，而各相邻的冰粒又连结成冰，直到水全部结冰为止。

其实热水比冷水更容易结冰，这个问题看上去是似乎有违背平时生活常识的嫌疑，但是也正是因为热水的温度比较高和并在和水在结冰时的0度，温度相差相对较大，所以才导致可以更快结冰，而且这一现象也是有条件的，一般都是要放在冰箱内，像这样一个较为封闭的环境下才可以得到这样的结论。

其实这是“姆潘巴”现象。这是因为在封闭的空间内，干空气对热的传导能力差，冷水对其上方的空气加热升温作用小，不能形成对流，而热水不同，它对上方的空气加热升温作用大，能形成对流对上方空气有加湿作用，增加了空气对热的传导能力，所以在这一情况下，冷水反而不容易结冰了。

而且热水的分子比冷水的分子要活跃的多，分子之间做活动的时候，热水的分子更积极，所以，当热水在受冷结冰的时候，时间可能要长一点，但很明显热水中分子的运动的速度就要比冷水的速度快。

因为水中的氢键从而使得氧氢原子之间的化学键贮存了能量。当温度升高时，氢键就会发生延展，水中分子之间的距离也就增大了。但是当温度变低的时候分子的距离自然也会相反地缩短，然后释放能量，这就会结冰的速度。但是这一解释在科学界中也有不少科学家的反对，也存在着一些缺陷。

结冰，简单来说就是一个液体在冷却过程中凝结成固态的过程，这个过程总是在局部优先产生，再扩展至整个区域。而要使结晶能得以顺利进行，得满足两个条件：一是要有足够的过冷度，二是要有形核核心。

"热水比冷水先结冰"
事实上，在一般实验条件下，热水会比冷水更快结冰。这种现象违反直觉，甚至连很多科学家也感到惊讶。但它的确是真的，曾在很多实验观察和研究过。虽然在经过亚里斯多德、培根，和笛卡儿 [1- 3] 三人的介绍后，此现象已被发现了几个世纪，但却一直没有被引入现代科学。直至1969年，才由坦桑尼亚的一间中学的一个名叫 Mpemba 的学生引入现代科学。这个效应早期发现史，和后期 Mpemba 再发现的故事－－尤其是后者，都是充满戏剧性的寓言。寓意人们在判断什么是不可能时，别过于仓促。这一点，下面会说到。

　　热水比冷水更快结冰的现象通常叫「Mpemba 效应」。无疑地，很多读者对这一点很怀疑，因此，有必要先明确地指出，什么是 Mpemba 效应。有两个形状一样的杯，装着相同体积的水，唯一的分别是水的温度。现在将两杯水在相同的环境下冷却。在某些条件下，初温较高的水会先结冰，但并不是在任何情况下，都会这样。例如，99.9° C 的热水和 0.01° C 的冷水，这样，冷水会先结冰。Mpemba 效应并不是在任何的初始温度、容器形状、和冷却条件下，都可看到。

　　这似乎是不可能的，不少敏锐的读者可能已经想出一个方法，去证明它不可能。这种证明通常是这样的： 30° C 的水降温至结冰要花 10 分钟， 70° C 的水必须先花一段时间，降至 30° C，然之后再花 10 分钟降温至结冰。由于冷水必须做过的事，热水也必须做，所以热水结冰较慢。这种证明有错吗？
　　这种证明错在，它暗中假设了水的结冰只受平均温度影响。但事实上，除了平均温度，其它因素也很重要。一杯初始温度均匀，70° C 的水，冷却到平均温度为 30° C 的水，水已发生了改变，不同于那杯初始温度均匀，30° C 的水。前者有较少质量，溶解气体和对流，造成温度分布不均。这些因素亦会改变冰箱内，容器周围的环境。下面会分别考虑这四个因素。所以前面的那种证明是行不通的，事实上，Mpemba 效应已在很多受控实验中观察到 [5,7-14]。

　　这种现象的发生机制，仍然没有得确切的了解。虽然有很多可能的解释已被提出过，但到目前为止，还没有一个实验可以清晰地显示它的机制。如果有的话，这实验就十分重要了。你可能会听到有人很自信地说，X 是 Mpemba 效应的原因。这些说法通常都是基于猜测，或只看着小量文献的证据，而忽略其它。当然，有根据地猜测，和选择你信赖的实验结果，是没错的。问题是，对于什么是 X，不同的人提出不同的说法。

　　为什么现代科学不回答这个看起来很简单的结冰问题？主要的问题是，水结冰所花的时间的长短，对实验设计中的很多因素，都是很敏感的。例子容器的形状和大小、冰箱的形状和大小、水中气体和其它杂质、结冰时间的定义，等等。因为这种敏感性，即使有实验支持 Mpemba 效应的存在，但不能支持在这些条件之外， Mpemba 效应的发生和发生的原因。正如 Firth [7] 所讲「这个问题有太多的变量，以致任何从事这项研究的实验室，一定会得出和其它实验室不同的结果。」

你的问题有问题。
你所说的现象又称为姆潘巴现象。首先由坦桑尼亚的中学生姆潘巴在1963年发现，所以叫姆潘巴现象。他把一杯热牛奶和一杯冷牛奶同时放入冰箱，而发现热牛奶先结冰。
首先来看看姆潘巴现象的原理；液体降温速度的快慢不是由液体的平均温度决定的，而是由液体上表面与底部的温度差决定的，当热牛奶冷却时，这种温度差较大，而且在冻结前的降温过程中，热牛奶的温度差一直大于冷牛奶的温度差。这种情况是由于上表面的温度愈高，从上表面散发的热量就愈多，因而降温就愈快。
注意，这里说的是“降温速度”而不是谁先结冰。
如果一杯水要结冰，首先要达到冰点，即0摄氏度。热水在一开始的时候降温速度比冷水快，是因为其上层和下层温差比冷水大。但是如果用图像表示热水的降温过程，挥发现其图像是一条曲线，也就是说时间越长，降温速度越慢，因为其上下层的温差越来越小。
物体传热速度是由两个因素决定的，一个是温度差，另一个热阻，而热阻往往是由材料决定的，是一个常数。这样的话，列出微分方程，很容易解出，物体的温度随着时间按指数规律下降，就象电容器的放电规律一样。
从以上的结果上看，当然是冷水先结冰。
如果非要说热水比冷水先结冰，只能说有什么因素减小了热水的热阻，而且这种减小的热阻可以一直维持到温度和冷水一样的时候。

热水与冷水在同质同量同外部环境温度条件下不但它们的温度在变化，它们各自的密度、体积、质量和密封状态下受到的气压等等都在发生变化，使得初温高的水降温速度始终快于初温低的水，只要外部环境温度持续下降，最终必然是初温高的水温度更低。