固体的密度应比液体大 为什么水结成冰后体积会变大

固体的密度应比液体大 为什么水结成冰后体积会变大

当水温度降低时,会结晶那就是冰块.结晶就是分子排整齐的状态,此时分子与分子间的空间增加(也就是密度变小),因此水结成冰后体积会变大.
由于水的密度是1g/cm3,而冰的密度约为0.9g/cm3,所以对于一定质量的水凝固成冰后,由于质量不变,而密度减小,所以它的体积要变大为原来的10/9（约1.11倍）.如果水比较多,那么这个体积的变化量就会比较可观.同时,水变成冰体积变大时产生的力量大得惊人,足以破坏甚至是石质材料.所以北方冬天晚上有自来水水管爆裂的现象,就是因为没有事先放尽水管中水.同理,一些列车晚上要放出水箱中的水,待第二天早上再注满水,也是怕水冻成冰后胀裂水箱.假如10克的水,密度为1克/立方厘米,体积为10立方厘米；10克的水结成冰以后,密度为0.9克/立方厘米,体积为10÷0.9=100/9克/立方厘米,体积增加了：（100/9-10）÷10=1/9.
10克冰,密度0.9,体积为100/9立方厘米,化成水以后,体积为：10/1=10立方厘米,体积增加了：（100/9-10）÷（100/9）=1/10.
即：水结成冰,体积增加1/9；冰化成水,体积减少1/10.

一般情况下,物体遵守热胀冷缩,也就是对于同一物体“固体的密度应比液体大”
　　可是水却相反,这原因涉及到化学。
　　由于水分子是极性很强的分子,能通过氢键结合成缔合分子（多个水分子组合在一起）.液态水,除含有简单的水分子(H2O)外,同时还含有缔合分子,最典型的两种是(H2O)2和(H2O)3,前者称为双分子缔合水分子.物质的密度由物质内分子的平均间距决定.当温度在0℃水未结冰时,大多数水分子是以(H2O)3的缔合分子存在,当温度升高到3.98℃(101kPa)时水分子多以双分子缔合水分子的形式存在（在水温由0℃升至4℃的过程中,由缔合水分子氢键断裂引起水密度增大的作用,比由分子热运动速度加快引起水密度减小的作用更大,所以在这个过程中,水的密度随温度的增高而加大.）,分子占据空间相对减小,此时水的密度最大.如果温度再继续升高在3.98℃以上,一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了.水温降到0℃时,水结成冰,水结冰时几乎全部分子缔合在一起成为一个巨大的缔合分子,在冰中水分子的排布是每一个氧原子有四个氢原子为近邻(两个共价键,两个氢键),这样一种排布导致成一种敞开结构,也就是说冰的结构中有较大的空隙,所以冰的密度反比同温度的水小。

一般情况下,物体遵守热胀冷缩,也就是对于同一物体“固体的密度应比液体大”
可是水却相反,这原因涉及到化学.
由于水分子是极性很强的分子,能通过氢键结合成缔合分子（多个水分子组合在一起）.液态水,除含有简单的水分子(H2O)外,同时还含有缔合分子,最典型的两种是(H2O)2和(H2O)3,前者称为双分子缔合水分子.物质的密度由物质内分子的平均间距决定.当温度在0℃水未结冰时,大多数水分子是以(H2O)3的缔合分子存在,当温度升高到3.98℃(101kPa)时水分子多以双分子缔合水分子的形式存在（在水温由0℃升至4℃的过程中,由缔合水分子氢键断裂引起水密度增大的作用,比由分子热运动速度加快引起水密度减小的作用更大,所以在这个过程中,水的密度随温度的增高而加大.）,分子占据空间相对减小,此时水的密度最大.如果温度再继续升高在3.98℃以上,一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了.水温降到0℃时,水结成冰,水结冰时几乎全部分子缔合在一起成为一个巨大的缔合分子,在冰中水分子的排布是每一个氧原子有四个氢原子为近邻(两个共价键,两个氢键),这样一种排布导致成一种敞开结构,也就是说冰的结构中有较大的空隙,所以冰的密度反比同温度的水小.

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