为什么水在4℃时水在多少度密度最大大？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2016-07-31 16:01 标签： 4℃水的密度最大
为什么水在4℃时，密度最大？
为什么水在4℃时，密度最大？
为什么水在4℃时，密度最大？
　　水中存在大量单个水分子，也存在多个水分子组合在一起的缔合水分子。单位的水中，缔合水分子越多，水中的空隙就越大，水的密度就越小。所以当温度升高时，水中的缔合水分子不断被破坏，分子无序排列增多，那么水分子缔合作用就减弱，使得密度增大。 　　分子间的热运动越强，分子间的距离就增加了，使整体的密度下降。当温度升高时就是这个情况。反之，当温度下降时分子热运动减弱，整体的密度上升。 　　水的密度正是由水分子的缔合作用和水分子的热运动这两个因素决定的，具体的密度如何要看在那个温度时，两个因素的影响力如何。温度越高则分子间的热运动占优势，温度越低则水分子缔合作用占优势。这两个因素在4℃时达到一定平衡，在4℃时水的密度最大。在4℃之下和之上，水的密度都会减小。
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4℃ 时水的密度：1g/cm^3
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验证4℃水的密度最大
日期： 08:22
来源: 互联网
发布者:我爱你
取一支破底的大试管，将插有温度计的皮塞紧塞于试管口。在试管内装入冰块和水的混合物。以适当的火焰对试管底部的冰水混合物加热。仔细观察：冰块逐渐溶化直至上部的水沸腾时，温度计的示数是怎样变化的，试分析其原因。当试管内装有冰水混合物时，温度计的示数为0℃。当以适当的火焰对试管底部加热时，冰块逐渐溶化，只要水里还有冰块存在，温度计的示数总保持在0℃。继续加热，当冰全部溶化后，温度计的示数由0℃逐渐升高到4℃。继续加热，直至上部的水沸腾，而温度计的示数仍然保持在4℃。对该现象的分析如下：液体主要是通过其自身的循环流动（即对流）来传递热量的。&&&& 当冰全部溶化后，水温是0℃。继续对0℃的水加热，使刚刚升温的水往下沉，底部的冷水往上升，吸热后又往下沉，底部的冷水又往上升，形成对流，导致底部的水温逐渐升至4℃。这时，底部的水才不再上升。我们设想在某一时刻试管里的水均达到4℃时，再继续加热，上部的水温度升高，直到沸腾后，底部的水仍保持在4℃。这说明，水在0℃至4℃之间是热缩冷胀的。这就是我们常说的&水在0℃至4℃之间反常膨胀&。水在4℃时，其密度最大。
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为什么水在4℃时密度最大?（一）
　　水的密度在4℃时最大,和绝大多数物质凝固时体积缩小,密度增大的情况不同．这种反常现象和水在不同状态时的结构有关．
　　实验事实证明,无论是液态或固态的水都含有由简单分子结合而成的复杂分子．
　　这种结合过程称为水分子的缔合．
　　液态水，除了含有简单的水分子(H2O)外，同时还含有缔合分子(H2O)2和
(H2O)3．由于缔合是放热过程，所以温度降低水的缔合程度随之增高，即n值变大．
　　当温度为0℃时，水便结成冰，全部水分子缔合在一起成为一个巨大的分子．在冰的结构中，每个氧原子与4个氢原子相连接成为四面体，所以冰的结构中有较大的空隙，因而冰的密度比水小，比水轻．
　　水在4℃时密度最大的原因，可能是在0℃的液态水中仍保持有一些非常微小的同冰的结构相似的缔合分子所致．当加热时，一方面这种冰结构的缔合分子继续被破坏，变成较紧密的排列而使密度随温度上升变大；另一方面水分子的热运动增强，水分子间距离增大又会使密度随温度上升变小．在4℃以下第一种效应占优势，在4℃以上第二种效应占优势．所以只有在4℃时密度最大．为什么水在4℃时密度最大
为什么水在4℃时密度最大?（二）
　　在4℃时，水的密度为什么最大？这里介绍一种比较常见的解释．
　　我们知道水的密度比冰的密度大，这是因为液态的水在凝固成冰的时候，分子间的相互作用力使分子按一定的规则排列，每个分子都被四个分子所包围，形成一个结晶四面体．这种排列方式是比较松散的，使得冰晶体中的分子间的平均距离大于液态水中的分子间的平均距离．
　　在液态水中，分子的排列比较混乱，不像冰中的分子那样，按一定的规律排列．分子在液态中的运动虽然比在冰中更自由，但分子与分子间的平均距离比在冰中更小，所以水的密度比冰的密度大．
　　用X射线研究液态水的结构时，发现液态水中在一定程度上还保留着非常微小的冰的晶体．根据推算，在接近0℃的水里，约包含着0．6％的这种微晶体．当温度逐渐升高时，这种微晶体逐渐地被破坏，由于这种微晶体具有较小的密度，所以微晶体的被破坏就会引起密度的增加．
　　因此，在水中有两种使密度改变的效应：
　　①使密度变小的效应．当温度升高的时候，水分子的热运动更剧烈了，分子间的距离变大了，因而引起密度的减小．
　　②使密度变大的效应．当温度升高时，水中的微晶体逐渐地被破坏，引起密度的增大．在4C以上，水的温度升高时，第十种效应占优势，水的密度减小，体积增大．在4℃以下，水的温度升高时，第二种效应占优势，水的密度增大，体积减小．
　　因此，水在4℃的时候，密度最大，这就是水的密度反常变化的原因．

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