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水的密度会不会变化?为什么在4℃时密度最大?

水的密度肯定是会变化的,如果不会变化,那水的三种形式固态,液态,气态就不存在。事实上。

气态是水密度最小的时候,只有这样才会上升天空,形成云。而固态是水密度第二小的形态,由形成的冰漂浮于水可以知道,冰的密度是绝对没有液态状的水大的。由此可以知道,液态水是水的三种形态下密度最大的存在。

我们知道,物质基本都有热胀冷缩的特性,受到加热,粒子之间运动加快,粒子之间间隙加大,表现密度减小。而低温下恰恰相反,粒子之间运动减小,表现间隙减小,反之密度加大。但这似乎解释通水的这种现象,为何低温状态下的冰密度会比水小,说不通。

而且根据现有科学研究表明,在液态水形态下,它的密度在超冷水状态或者趋于零度时竟然不是最大,而是在4℃时密度最大,这也不适用热胀冷缩远离。

通过进一步研究发现,水的热胀冷缩是反常的,水在低于4度时表现热缩冷胀,导致密度下降。而在大于4度时,则恢复热胀冷缩。这是水最重要也是最奇特的特性之一。保证了地球生命的延续。想想地球冰河时期,如果冰都是下沉,那暴露在低温空气中的水会一直结冰,到时整个海洋和地球就真的冰封了。

为何会有这样奇怪的特性呢?原来,当水为固态时,分子间的相互作用力会使分子按一定的规则排列,分子之间会形成结晶四面体。这种排列方式可以看做类似支撑作用,会占据空间,比较松散,密度自然就没有液态水大,漂浮也在情理之中。

现在来说说为何4℃时水的密度才是最大的,通过观测发现,在低于4℃条件下的水,即使没有结冰,早就在水中形成肉眼不可见的冰晶体,这些冰晶体恰恰导致水的密度变大的原因。而温度到达4℃时才能充分融化这些不可察觉的冰晶体,这个时候才能称为完全液态水,密度自然最大。超过4度,水分子的运动有加快趋势,分子间隙也开始加大,密度也会逐渐加大。所以4℃时是水密度最大的时候。

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