水怎样形成冰

水怎样形成冰
水怎样形成冰

水怎样形成冰
自然界中的水 ,具有气态、固态和液态三种状态.液态的我们称之为水,气态的水叫水汽,固态的水称为冰.冰的熔化热是3.35×10^5J/kg
冰的性质
冰是无色透明的固体,晶格结构一般为六方体,但因应不同压力可以有其他晶格结构.在常压环境下,冰的熔点为0℃.
0℃水冻结成冰时,体积会增大约1/9.据观测,封闭条件下水冻结时,体积增加所产生的压力可达2500大气压.
冰的熔点与压力存在着一种奇妙的关系：在2200大气压以下,冰的熔点随压力的增大而降低,大约每升高130个大气压降低1摄氏度；超过2200大气压后,冰的熔点随压力增加而升高：3530大气压下冰的熔点为-17℃,6380大气压下为 0℃,16500大气压下为 60℃,而20670大气压下冰在76℃时才熔化,称为名副其实的“热冰”.冰在0℃下密度为0.917 g/cm3,而水的密度正常为1.00g/cm3,所以冰会浮于水上.
人类已经能够在实验室里制造出八种冰的晶体.但只有天然冰能在自然条件下存在,其它都是高压冰,在自然界不能稳定存在.
冰是晶体 冰和水的转化 晶体的熔化温度叫做熔点
晶体熔化过程中虽然吸热但温度不变.凝固过程不断放热,但温度不变.热量总从高温物体传到低温物体,或从物体的高温部份传到低温部分.
天然冰中水分子的缔合是按六方晶系的规则排列起来的.所谓结晶格子,最简单的例子是紧密地堆砌的砖块,如果在这些砖块的中心处代之以一个假设的原子,便得到了一个结晶格子.冰的晶格为一个带顶锥的三棱柱体,六个角上的氧原子分别为相邻六个晶胞所共有.三个棱上氧原子各为三个相邻晶胞所共有,二个轴顶氧原子各为二个晶胞所共有,只有中央一个氧原子算是该晶胞所独有.
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.
有关晶体的介绍
晶体是在物相转变的情况下形成的.物相有三种,即气相、液相和固相.只有晶体才是真正的固体.由气相、液相转变成固相时形成晶体,固相之间也可以直接产生转变.
晶体生成的一般过程是先生成晶核,而后再逐渐长大.一般认为晶体从液相或气相中的生长有三个阶段：①介质达到过饱和、过冷却阶段；②成核阶段；②生长阶段.
在某种介质体系中,过饱和、过冷却状态的出现,并不意味着整个体系的同时结晶.体系内各处首先出现瞬时的微细结晶粒子.这时由于温度或浓度的局部变化,外部撞击,或一些杂质粒子的影响,都会导致体系中出现局部过饱和度、过冷却度较高的区域,使结晶粒子的大小达到临界值以上.这种形成结晶微粒子的作用称之为成核作用.
介质体系内的质点同时进入不稳定状态形成新相,称为均匀成核作用.
在体系内的某些局部小区首先形成新相的核,称为不均匀成核作用.
均匀成核是指在一个体系内,各处的成核几宰相等,这要克服相当大的表面能位垒,即需要相当大的过冷却度才能成核.
非均匀成核过程是由于体系中已经存在某种不均匀性,例如悬浮的杂质微粒,容器壁上凹凸不平等,它们都有效地降低了表面能成核时的位垒,优先在这些具有不均匀性的地点形成晶核.因之在过冷却度很小时亦能局部地成核.
在单位时间内,单位体积中所形成的核的数目称成核速度.它决定于物质的过饱和度或过冷却度.过饱和度和过冷却度越高,成核速度越大.成核速度还与介质的粘度有关,轮度大会阻碍物质的扩散,降低成核速度.晶核形成后,将进一步成长.
由液相变为固相
(1)从熔体中结晶 当温度低于熔点时,晶体开始析出,也就是说,只有当熔体过冷却时晶体才能发生.如水在温度低于零摄氏度时结晶成冰；金属熔体冷却到熔点以下结晶成金属晶体.
(2)从溶液中结晶 当溶液达到过饱和时,才能析出晶体.其方式有：
1)温度降低,如岩浆期后的热液越远离岩浆源则温度将渐次降低,各种矿物晶体陆续析出； 2)水分蒸发,如天然盐湖卤水蒸发,3)通过化学反应,生成难容物质.

温度降到0度一下就OK了

水遇冷，低于零度 形成冰

零度以下

遇冷凝结就形成了冰呀