4度时水的密度最大 最大干密度和压实度

这水是最重要也是最奇特的特性之一。
在绝大多数物质都是热涨冷缩的时候,水是反常的。水在低于4度是是热缩冷涨,导致密度下降,例如同样质量的冰密度比水小,体积比水大。而大于4度时,则恢复热涨冷缩。同样质量,体积大了,密度当然就小了。
4度是平衡临界点。因此水在4度时密度最大。
这是保障生物存在的很重要的一点,因为当水结冰的时候,冰的密度小,浮在水面,可以保障水下生物的生存。当天暖的时候,冰在上面,也是最先滑冻。如果冰的密度比水大,那所有的水生生物都不会存在了。因为冰 会不断沉到水下,天暖的时候也不会解冻,来年上面的水继续冰冻,直到所有的水都成了冰。
具体的原理是,水是由氢氧离子组成的,因为氧离子和氢离子的负电荷倾向性(electronegitive)不同,形成共价键。而水分子的V型几何结构,导致其为偶极(polar)共价键。氧离子为负电荷,氢离子为正电荷。
4度时水的密度最大 最大干密度和压实度
这就导致生物学上一个极重要的现象,氢键(hydrgenbond)。氢离子通过氢键和其他水分子结合。因为氢键的键能不大,所以在每一瞬时,每个水分子都结合和分离数十亿次氢键。
水分子在液体状态下是无序运动的,随这温度的增高而运动加大,从而导致体积变大。这就是为什么水在4度以上时,密度变小。
当水低于4度时,水分子运动减慢,导致氢键合成的增多,水趋向于固体。因为氢键的键长要大于水分子的平均距离,所以当所有的水分子都被氢键固定住,也就是形成了冰,其体积反比水大。

  

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