为什么冰的密度比水大
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发布时间：2023-05-24 14:24
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时间：2023-10-09 22:21
问题二：热胀冷缩 为什么冰的体积比水大 热胀冷缩是限定在一定温度范围内的
热胀冷缩对大部分固体物质而言是成立的
在4℃时，水的密度最大，此时水的密度是1.0×103千克/米3。
高于4℃时，水热胀冷缩
低于4℃时，水冷张热缩
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。
问题三：冰与水哪个的密度大 冰的密度为0.9×103kg / m3
水的密度为1.0×103kg / m3
所以，水的密度大。
日常生活中，冰总是浮在水面上，也可以说明冰的浮力小，水的浮力大。
问题四：冰的密度为何反常的比水小？ 实验表明，水在4℃以上，仍然是遵循热胀冷缩规律的，从4℃以下，即4℃到0℃间才发生反常膨胀。水在4℃时，体积最小，密度最大。因而冰的密度略小于水的密度。
反常膨胀的原因 水的反常膨胀现象，原因是水分子具有特殊的结构，但对水分子结构的研究，现代科学上还没有统一的认识，因此对水的密度的反常变化的原因还没有统一的解释方法，现在介绍常见的几种解释方法以供参考。
1．“晶体结构”论：为了介绍水的反常膨胀，有必要先介绍冰的晶体结构。在冰的晶体结构中，水分子（即冰晶体的分子）以一定的方向排列在晶体点阵内，每个水分子都被另外四个分子所包围，这四个水分子形成一个四面体（三角形锥体），水分子间相互作用力的性质使得在冰的晶体中水分子的排列一定是这种形式，这种排列方式是比较松散，体积较大，如果在冰中的水分子不象这样排列，而一个连着一个排列得很密，那时同样质量的冰的体积将会缩小。
用x射线研究液态水的结构时，发现在低温的液态水中在一定的程度上还保留着冰的四面体的结构，就是说在低温的液态水中有着非常微小的冰的结晶。根据推算，在接近0℃时的水约包含着0.60%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。因为这种微晶体具有象冰一样的晶结构，它的体积比同质量水的体积大，所以这种微晶体逐渐地被破坏，它的体积就逐渐变小，因而密度逐渐变大。反过来说，它的温度从4℃降到0℃时，这种微晶体逐渐增加，体积逐渐变大，密度逐渐缩小，出现反常膨胀。但水的温度高于4℃时，水分子的热运动使得分子间的距离增加，体积变大，密度变小，所以说水在4℃时的密度最大。
2．“极性分子”论：
原来水是由很多不断运动着的水分子组成的。根据实验和近代理论研究的结果，知道在水分子的两端产生了带有两个相反的电荷，一端带正电荷，一端带负电荷。如图4所示：在逐渐升高到4℃以上时，水分子的动能大了，运动速度加快了，吸引在一道的两个分子，渐渐拆开为单个分子，运动的范围也扩大了，这时候水的密度也渐渐变小了。
3．“分子的谛合”论：
水的反常膨胀现象和水在不同状态的结构有关。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(H2O)2。
这种结合过程称为水分子的谛合。
液态水，除了含有简单的水分子(H2O)外，同时还含有谛合分子(H2O)2和(H2O)3。由于谛合是放热过程，所以温度低水的谛合程度也随之增高，即n值变大。当温度为0℃时，水便结合冰，全部水分子谛合在一起。在冰的结构中，每个氧原子与4个氢原子相连接成四面体，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谛合分子所致。当加热时，一方面这种冰结构的谛合分子继续被破坏，变成较紧密的排列而使罚度上升变大；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。
问题五：冰为什么体积比水大？（说简单一点 冰的密度是0.8克/立方厘米；而水是1.0克/立方厘米。
冰的密度比水小，根据公式V(体积)=m(质量)/p(密度)可知，质量相同的冰体积比水大。
问题六：“如果冰的密度比水大，这个世界会有什么不同 头脑简单的人一开始对冰的这种新性质很高兴。但是随着我们寒冷季节的到来，不方便和麻烦也开始显露出来。对于这最早的寒冷气候说来，湖面上没有冰，只有美丽的晶体沉在湖底，其阴影清晰可见。很快这些晶体在河里成为浮动的“沙棍”。不久，城市的自来水公司发现它的湖水进水口被堵，越来越大的晶体开始充满地下管道。在进水口装上了加热系统，在一段时间内热水也流到我们的家里。后来显然没有任何加热系统，能以松快的速度溶化湖中的重冰来向城市供水。在靠近城市的湖水入口深处还有水，但湖的其余部分很快成了冰晶的固体。随着漂动的晶体增加，河水愈来愈阻塞，最后完全停止流动。依靠河水或湖水生活的城市处于灾难之中。只有井水还可以作水源。
“似乎，我们渡过了寒冷的季节。显然有许多痛苦和死亡，但我们大部分人幸存下来了，随着温暖气候的到来，又产生了新的希望。”
“虽然冰开始溶化了，但只是表面一层。堵塞的河道无法流水，又发生了严重的水灾。在温暖的季书里，湖的深处仍然有一部分冰冻着。大部分鱼和水生物已经被杀死了。农民们设法种庄稼，但种的粮食也不够吃，食物短缺迫在眉梢。”
“又一个寒冷季节的来临，使湖水和河水比去斗固化的更早。又有更大的痛苦，更多的死亡。温暖季节姗姗来迟，而且又短。完全种不出什么庄稼。饥饿和寒冷威胁着我们。”
“我和我们星球上的所有化学家在实验室里拼命工作，试图找出能够抵消（方程式）影响的某种物质，使冰的密度比较低一些。但没有一个人获得成功。”
“没有什么要说的了。把剩下的食物供应分给化学家们，这并不因为他们应该活的长一些，而是因为人们觉得他们有一线机会来拯救我们的星球。但是，我们失败了。到处都有冰――而且有死亡。”
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