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为什么水密度在4°C时最高?

作者:365bet投注在线 2019-03-11 12:48阅读:

通常,大多数物体具有热膨胀和收缩的特性。温度越高,物质的密度越低。
然而,水是一个例外,热膨胀也膨胀,仅在4°C。
如果温度超过4°C或低于4°C,则体积会增加。
这种现象称为“异常膨胀现象”。
除了在水中的单个H 2 O分子外,还有更复杂的分子(H 2 O)n(n是2,3,4 ......)结合这些简单的分子。
将简单分子键合到更复杂的分子组而不引起材料化学性质变化的过程称为分子缔合,相反的过程称为离解。
因为缔合是放热过程,解离是吸热过程,温度升高,水关联减少(n减少),温度降低,水关联增加(n增加)到)。
当在0℃的冰上形成水时,所有分子一起形成大的基团。
在冰结构中,每个氧原子与四个氢原子键合形成四面体,并且每个氢原子与两个氧原子键合。
也就是说,四个结合氧原子(两个共价键,两个氢键)指的是四面体的四个顶点,如图2中所示,每个水分子由四个水分子包围。
由于氢键基本上是静电吸引,结合能比化学键,靠近的分子间力的顺序的结合能少得多,氢键是一个分子间的相互作用一般说来。方向性的力量
然而,与一般分子力不同,氢键具有饱和度和方向性。
因此,冰是一种非常紧凑的结构,具有相当大的空气量。
随着冰融化,一些氢键被破坏,四面体结构坍塌,水分子可能更紧密堆积,因此当冰融化时它会收缩。
当科学家使用X射线研究来估算0°C水的结构时,液态水中有非常小的冰晶,这些小冰晶看起来像普通的冰确认具有晶体结构。。
根据计算,在0°C附近的水中大约为0。
6%冰晶
随着温度逐渐升高,这些冰晶逐渐被破坏,体积减小,密度增加。
在4℃的温度,有两只方面的影响在水中以改变密度:首先,因为在温度上升时,液体水的分子热运动加剧,分子间的平均距离增大。随着水的密度降低,种子由于温度升高,水中含有的冰晶逐渐溶解,分子间的平均距离减小,结果密度增加。
在一个大气层(101。
在325 kPa的条件下,在水温低于4°C之前,最终效果占主导地位,水温达到4°C或更高后,第一效应占主导地位。
因此,水在4°C时密度最高。
这种水的特征给人们的日常生活带来了一些损失。例如,当水冻结时由体积膨胀产生的力足以破坏水管和水泥块。
当然,它也可以使人类受益,特别是在保护鱼类和其他水生生物方面。