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知乎-04: 为什么4度时水的密度最大?

已有 1175 次阅读 2018-4-15 12:40 |个人分类:水之魂|系统分类:科普集锦

 

- 恰是氢键分段比热相等时

 

-      液态/准固态可调相边界 – 氢键(O:H-O)分段比热交点

 

1】水在4度和-15度时达到密度极值,分别为1.0 和0.92 g/mm3。其原因未知无法争论。

 

2】在4度和-15度氢键(O:H-O)的分段比热相等。以此界定具有冷胀热缩特征的准固态温区。

 

3】变温拉曼谱和量子计算证明,在4度液/准固态相边界,O:H由冷致收缩转为冷致膨胀; 而H-O由冷致膨胀转为冷致收缩;在-15度准固态/固态相边界,O:H-O分段冷致弛豫反之。

 

【延伸】

【1】      在准固态温区密度变温曲线无任何突变,故建议4度为熔点而-15度对应冰点。

【2】      准固态相边界可调:熔点降低冰点和沸点提升。

【3】      瞬态冲量微扰提升冰点使过冷水结冰(冰箱取出瓶装过冷水轻轻敲击)。

【4】      瞬态冲量微扰提升沸点使过热水猛噗沸腾(向过热水撒糖)。

 

参考文献 [1-3]

1.            C.Q. Sun, X. Zhang, X. Fu, W. Zheng, J.-l. Kuo, Y. Zhou, Z. Shen, and J. Zhou, Density and phonon-stiffness anomalies of water and ice in the full temperature range. J Phys Chem Lett, 4: 3238-3244, (2013).

2.            X. Zhang, P. Sun, Y. Huang, T. Yan, Z. Ma, X. Liu, B. Zou, J. Zhou, W. Zheng, and C.Q. Sun, Water’s phase diagram: from the notion of thermodynamics to hydrogen-bond cooperativity. Prog Solid State Chem, 43: 71-81, (2015).

3.            孙长庆, 黄勇力, 张希, 水规则六十条. 材料基因 2. 2018, 北京: 高等教育出版社.

 




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