为什么在4度以下,水反而会热缩冷涨?

来源：学生作业帮助网编辑：作业帮时间：2024/05/07 09:16:58

为什么在4度以下,水反而会热缩冷涨?
为什么在4度以下,水反而会热缩冷涨?

为什么在4度以下,水反而会热缩冷涨?
这水是最重要也是最奇特的特性之一.
在绝大多数物质都是热涨冷缩的时候,水是反常的.水在低于4度是是热缩冷涨,导致密度下降,例如同样质量的冰密度比水小,体积比水大.而大于4度时,则恢复热涨冷缩.同样质量,体积大了,密度当然就小了.
4度是平衡临界点.因此水在4度时密度最大.
这是保障生物存在的很重要的一点,因为当水结冰的时候,冰的密度小,浮在水面,可以保障水下生物的生存.当天暖的时候,冰在上面,也是最先滑冻.如果冰的密度比水大,那所有的水生生物都不会存在了.因为冰会不断沉到水下,天暖的时候也不会解冻,来年上面的水继续冰冻,直到所有的水都成了冰.
具体的原理是,水是由氢氧离子组成的,因为氧离子和氢离子的负电荷倾向性（electronegitive）不同,形成共价键.而水分子的V型几何结构,导致其为偶极(polar）共价键.氧离子为负电荷,氢离子为正电荷.
这就导致生物学上一个极重要的现象,氢键（hydrgen bond）.氢离子通过氢键和其他水分子结合.因为氢键的键能不大,所以在每一瞬时,每个水分子都结合和分离数十亿次氢键.
当水低于4度时,水分子运动减慢,导致氢键合成的增多,水趋向于固体.因为氢键的键长要大于水分子的平均距离,所以当所有的水分子都被氢键固定住,也就是形成了冰,其体积反比水大.
这水是最重要也是最奇特的特性之一.
在绝大多数物质都是热涨冷缩的时候,水是反常的.水在低于4度是是热缩冷涨,导致密度下降,例如同样质量的冰密度比水小,体积比水大.而大于4度时,则恢复热涨冷缩.同样质量,体积大了,密度当然就小了.
4度是平衡临界点.因此水在4度时密度最大.
这是保障生物存在的很重要的一点,因为当水结冰的时候,冰的密度小,浮在水面,可以保障水下生物的生存.当天暖的时候,冰在上面,也是最先滑冻.如果冰的密度比水大,那所有的水生生物都不会存在了.因为冰会不断沉到水下,天暖的时候也不会解冻,来年上面的水继续冰冻,直到所有的水都成了冰.
具体的原理是,水是由氢氧离子组成的,因为氧离子和氢离子的负电荷倾向性（electronegitive）不同,形成共价键.而水分子的V型几何结构,导致其为偶极(polar）共价键.氧离子为负电荷,氢离子为正电荷.
这就导致生物学上一个极重要的现象,氢键（hydrgen bond）.氢离子通过氢键和其他水分子结合.因为氢键的键能不大,所以在每一瞬时,每个水分子都结合和分离数十亿次氢键.
当水低于4度时,水分子运动减慢,导致氢键合成的增多,水趋向于固体.因为氢键的键长要大于水分子的平均距离,所以当所有的水分子都被氢键固定住,也就是形成了冰,其体积反比水大.

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