冰为什么热缩冷涨快

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冰为什么热缩冷涨
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冰为什么热缩冷涨快
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.
水分子在液体状态下是无序运动的,随这温度的增高而运动加大,从而导致体积变大.这就是为什么水在4度以上时,密度变小.
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.
水分子在液体状态下是无序运动的,随这温度的增高而运动加大,从而导致体积变大.这就是为什么水在4度以上时,密度变小.
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.

由于水分子间有氢键缔合这样的特殊结构所决定的。根据近代X射线的研究，证明了冰具有四面体的晶体结构。这个四面体是通过氢键形成的，是一个敞开式的松弛结构，因为五个水分子不能把全部四面体的体积占完，在冰中氢键把这些四面体联系起来，成为一个整体。这种通过氢键形成的定向有序排列，空间利用率较小，约占34％、因此冰的密度较小，约为摄氏4度是液态水的9/10。 水溶解时拆散了大量的氢键，使整体化为四面体集团...

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由于水分子间有氢键缔合这样的特殊结构所决定的。根据近代X射线的研究，证明了冰具有四面体的晶体结构。这个四面体是通过氢键形成的，是一个敞开式的松弛结构，因为五个水分子不能把全部四面体的体积占完，在冰中氢键把这些四面体联系起来，成为一个整体。这种通过氢键形成的定向有序排列，空间利用率较小，约占34％、因此冰的密度较小，约为摄氏4度是液态水的9/10。 水溶解时拆散了大量的氢键，使整体化为四面体集团和零星的较小的“水分子集团”(即由氢键缔合形成的一些缔合分子)，故液态水已经不象冰那样完全是有序排列了，而是有一定程度的无序排列，即水分子间的距离不象冰中那样固定，H2O分子可以由一个四面体的微晶进入另一微晶中去。这样分子间的空隙减少，密度相对冰就增大了。 温度升高时，水分子的四面体集团不断被破坏，分子无序排列增多，使密度增大。但同时，分子间的热运动也增加了分子间的距离，使密度又减小。这两个矛盾的因素在4℃时达到平衡，因此，在4℃时水的密度最大。过了4℃后，分子的热运动使分子间的距离增大的因素，就占优势了，水的密度又开始减小。

收起

氢键

客观事实