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其它东西热胀冷缩,水为什么结冰反而膨胀? 精选

已有 25444 次阅读 2014-7-8 10:04 |个人分类:镜子大全|系统分类:科普集锦| 热胀冷缩

挺有趣的问题,能答好了不容易。别的且不论,“水结冰后体积会增大”的特性,是水的呢?还是冰的呢?
作者: mirror (*)
日期: 07/07/2014 18:24:47


这就挺犯难的呢。究竟为什么一般东西都是热胀冷缩?这个问题也不是很好 回答,需要动一番脑筋。

“水结冰后体积会增大”只是水相变的一个相态,在一个大气压下。改变压力条件的话,当然可以有比水密度大冰,比水沸点高的冰。

楼下的(水的)晶体结构中的空间(隙)多是个好说法。但是这个表述与“水结冰后体积会增大”等价,不过是换了一种说法罢了。还可以该说成“水结冰后密度变小”等等的表达法。这些都可以说是“正确的废话”,按王老五的说法的话。按镜某的说法则是焦点有些不清晰

人老了以后,眼睛虽昏花了,但对“焦点”是否对的问题比较敏感了。最近从朋友那里得了几本书,讲三峡工程生态与环境保护的丛书。应该说是个很好的出版物。彩色的印刷,书的装订等等的都很讲究。唯有书中的几乎所有的植被的照片都是焦点不大准,有些看过去老相机照的人物照片那样。当镜某指出这个问题时,朋友抱歉得说,到三峡库区现场勘探的学者们不大会照相,当年也没有很好的照相器材。

扯了这么多,还是没有进入主题,急脾气的人恐怕要着急了。这类事情也急不得,不梳理好了的话,到头来还是一团乱麻,整不明白为什么会有个“公称电压”的说法来。装东西时有个充填率的说法。比如说一个瓶子里装玻璃球,在理论上有个最大填充率的说法。世界上的晶体结构的种类不过几百,其中具有最大填充率的晶体结构不过是几种。所以,一般说“晶体结构中的空间(隙)多”的说法也很得当。

这些都是铺垫,还是没有说到《水为什么结冰反而膨胀?》的主题上!为什么用了反而的连接词呢?显然,这里面有个结合力随着分子间距增大而变小的大背景。这样来理解固、液、气的相态变化的确比较容易理解。当然固体与晶体的等价性小学里面还不会提到。固然是结合力随着分子间距增大而变小,但是形成晶体的因素不单是结合力的问题,还有个填充率的问题。结合力的问题不过是个温度的函数,温度低了结合力就可以相对大些,所有的东西都会成为固体(也有个别例外,比如液氦)。但是晶体的结构(分子的排列)方式,与温度可以说是个无关的东西。因此,仅一个结合力的因子并不能解释填充率的问题。

晶体与液体的区别在于长距离秩序的有无。形成这个秩序不单是结合力的问题,还有分子装填方式问题。这个装填方式决定了液固相变时物质密度的大小关系。1个大气压下零度时,水分子间可以形成长距离秩序的结合方式。由于水分子的立体结构,使得其在固体冰时的填充率低于在液体相态下的填充率,因此这时冰的密度小于水。

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就“是”论事儿,就“事儿”论是,就“事儿”论“事儿”。




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