作业帮为什么水在4摄氏度的时候,水的密度最大?帮我解答的人``````````
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/11/05 16:29:11
为什么水在4摄氏度的时候,水的密度最大?帮我解答的人``````````
为什么水在4摄氏度的时候,水的密度最大?
帮我解答的人``````````
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现象：水与其他物质一样,也受到热胀冷缩的规律影响.当温度降低,同样重量的水就会收缩,然而这现象到了摄氏四度的时候就出现改变,四度以下的水反而会膨胀.也就是说,四度的水是最重的,到了零度结冰时,冰就比水更轻.原因是什么呢?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.影响：这种妙不可言的奇特现象会使冬天里海洋、江河和湖泊的水,于结冰之后浮到水面,而温度较高的水则因较重而沉到冰块之下.最后,当整个水面冻结成冰,下层的水却仍然继续保持其液体形态,不受寒冬的影响,而海洋湖泊内中的生命,亦因此得以存活.同样的热胀冷缩道理,对陆地上带有水分的泥土,也是一份难得的祝福.在冬天,泥土中的水分固然会结冰,却因水分的体积变大而同时令泥土略为涨大.结果每次从寒冬到初春,气温降低之后又再回升,大地中的水分先从水涨大成为冰,又从冰缩小变成水,大地就借此经历一个天然的松土过程.泥土不但松开了,而且还带有充足的水分,农作物因而得以生长!水在四度时最重,实在是精彩的设计.结论：以上谈论的只是一个客观的现象,一个事实.但这个事实让我感觉很神奇,让我总是想问：为什么偏偏正好?如果水的密度不是这么的特殊,那么冬天一来,湖里的水当表面结冰之后,因为它密度大于下面的水,所以它将下沉到水底,而表面又被水取代,水受冷之后,再次结冰,再次下沉,如此继续下去,将只有一个结果：那就是整个湖泊里的水全部都结了冰,于是水里的生命全部死亡!所幸的是：水很特殊,所以生命得以保全.我感觉整个这一切很奇妙,难道这是偶然而来的?