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为什么会有这么奇怪的现象?
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水分子由1个氧(O)原子和2个氢(H)原子组成,因此其分子式为H2O。

不同的原子对电子具有不同的吸引力。 例如,电子对O原子的感觉比对H原子的感觉强。

这产生了在O原子处具有部分负电荷的区域(因为那里存在更多电子)并且在H原子处具有部分正电荷(因为那里存在更少的电子)。

水分子之间的吸引力被称为氢键,并且是由于这些带电荷相反的部分电荷。

在液体形式中,分子可在液体中自由移动,滑动,旋转,从而产生更紧密的结构。 氢键连续地以液态破裂和重新形成。

然而,当从水中除去足够量的热量时,分子的能量降低并发生冻结。

在固体形式(冰)中,分子形成晶格,由此分子间隔更远。 可以在下面以图形方式看到更清晰的比较:

因此,与水相比,冰每单位体积的分子更少,因此其密度较低。 这就是浮动的原因。

资料来源:https://learning.xiaobenzi.com/5190/%E4%B8%BA%E4%BB%80%E4%B9%88%E5%86%B0%E6%AF%94%E6%B0%B4%E5%AF%86%E5%BA%A6%E4%BD%8E%EF%BC%9F.html


更多参考:http://www.xinhuanet.com/science/2018-10/02/c_137504066.htm

https://zhidao.baidu.com/question/113715

https://zhidao.baidu.com/question/1672870212210393867.html

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什么是温度?

构成物质的微观粒子(分子,原子,电子)在永不停息的做无规则运动

宏观下,温度表示物体的冷热程度;缩小到原子层面上,温度反应微观粒子的运动剧烈程度。

image

根据热学第二定律 “克劳修斯的表述为 热量可以自发的从温度高的物体传递到温度低的物体,但不可能自发的从温度低的物体传输到温度高的物体。”

因此,导致热量在物体间传递的方式有3种:

  1. 热传导 (固体之间热量传递)
  2. 热对流 (液体通过内部运动,得到热量均衡)
  3. 热辐射 (热源以电磁波等辐射形式发散热能)

在质量不变的前提下,温度越高的物体内能越大。所以以上三种方法都会导致物体内能改变。但是,还有另一种方法能导致物体内能改变——物质状态变化。(0度的水比0度的冰具有更高的内能)

常见物质状态包括:固体,液体,气体。同种物质,相同质量下,气体内能大于液体内能大于固体内能。换言之,气体分子的运动剧烈程度远远高于同种液体和固体分子。

分子运动越剧烈,物质整体对个体分子的约束力越弱,因此体积越大。质量不变的情况下,固体密度大于液体和气体密度。

这是一个常用规律,对绝大多数物质都适用,但是化学中总有“例外”


第一个例外——结构变化

image

【左图】水液态分子结构,【右图】冰固态分子结构。

液态水为V形分子,分子间有偶极作用,特殊结构是氢键,分子间距离均等,构成液态整体。

但是,当温度降低到0度时,一标准大气压下水的分子结构发生改变。它不再是V形分子,固态冰为六角形水晶结构。

image

水变成冰时,原子结构改变,分子间距加大,结构紧密的许多个分子拼凑出一片“冰晶”

因此,水的密度997m/kg, 冰密度 934m/kg, 冰的密度略小于水的密度。

总结——同种质量下固体密度大于液体和气体密度。若物态变化时微观粒子结构变化,结果另当别论。


第二个例外——压强

二氧化碳的固态“干冰”,由于制冷功能优越,常用与机械制造和化学工程上。但是,地球上不存在自然的液态二氧化碳。

image

CO2三相点——由于地球上的气压太小,无法将二氧化碳压缩至液态。当气体达到凝固点时,直接凝华为固体。

总结——讨论物质状态和物质密度时,必须考虑压强。


你可以看看这个网址:

https://www.zhihu.com/question/65161522


希望这对你有所帮助,能帮助到你是对我最大的快乐  (๑•̀ㅁ•́ฅ✧

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由于氢键的方向性要求,分子不能做到紧密堆积,整个的结构是六方或四方晶体,分子间具有较大的缝隙,空间利用率较小,从而导致冰的密度比水更小。

资料来源:http://www.xinhuanet.com/science/2018-10/02/c_137504066.htm#:~:text=%E7%94%B1%E4%BA%8E%E6%B0%A2%E9%94%AE%E7%9A%84%E6%96%B9%E5%90%91,%E5%AF%86%E5%BA%A6%E6%AF%94%E6%B0%B4%E6%9B%B4%E5%B0%8F%E3%80%82


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液态水,除含有简单的水分子(H2O)外,同时还含有缔合分子(H2O)2和(H2O)3等,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 ℃(101 kPa)时,水分子多以(H2O)2缔合分子形式存在,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),如下图所示。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。 水分子间以氢键连接 另外,拆散缔合分子需要消耗一定的能量,这也足以说明为什么水有较大的比热容的缘故。
水变成冰体积变大,是因为液态水中水分子之间存在着较强的氢键作用力.它比分子间的作用力(范得瓦耳斯力)大得多.当水处于液态时,在氢键力的作用下,水分子靠近,在宏观上就表现为体积小.而变为固体时,水变为晶体,分子排列有了规律,分子间距离增大且被固定在一个位置上,氢键的作用力削弱,宏观的表现为体积变大.
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氢键作用
水变成冰体积变大,是因为液态水中水分子之间存在着较强的氢键作用力。它比分子间的作用力(范得瓦耳斯力)大得多。当水处于液态时,在氢键力的作用下,水分子靠近,在宏观上就表现为体积校而变为固体时,水变为晶体,分子排列有了规律,分子间距离增大且被固定在一个位置上,氢键的作用力削弱,宏观的表现为体积变大
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资料===
1.为什么水的密度比冰大_百度知道
2.为什么冰的密度比水低?_百度知道 - zhidao.baidu.com
3.冰的密度为什么会比水小?我看了其他提问,其中常用的解释是冰中含有空...
4.为什么水的密度比冰大_百度知道
5.为什么冰比水的密度小?
6.为什么冰的密度比水还小?
7.为什么冰的密度要比水的密度小?从化学角度回答
(我不小心把link变成这样,你copy ,然后paste 在search 那里,就OK。)
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