为什么水在4度时密度最大？
时间:2007-09-10 05:45 来源: 作者:王利平 点击:次 所属专题： 密度 纯水 氢键02
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温度改变时，水的体积变化也不寻常，它在0-4℃范围内，一反“热胀冷缩”的普通规律，而是在4℃时密度最大，高于或低于此温度时，密度都较小，因此当水结冰时，体积反而大而变轻，所以冰浮在水面上。水的这一特性，对自然界水下生命的保护有着十分重要的意义，当冬季河流、湖泊冰封水面时，反而保护了水下生物的生存。
水的特殊的理化性质，是与水分子的极性分不开的。在H2O的分子中，两个O—H键间的键角为104.5°，因此H2O分子是一个极性分子。由于氢键的存在，冰和水具有很多不寻常的性质。H2O分子中每个氢原子都参与形成氢键，使H2O分子之间构成一个四面体型的骨架结构。每一个氧原子周围有4个氢原子，其中2个H是与O共价结合，另外2个H离得稍远，通过氢键与O键合，由此形成一个有很多“空洞”的结构，从而使冰的密度小于水，所以水浮于水面。当冰在冰点溶化时，部分氢键被破坏，冰的骨架结构总体崩溃而变成水，但这时液态水中仍有大量氢键存在。
温度升高，上述平衡向吸热方向移动，即向左移动，缔合程度减少，在到达水的沸点时只有少数的缔合水分子。温度降低，平衡右移，水的缔合作用增大。水在4℃时的缔合作用最大，即此温度下，这些H2O分子堆积最紧密，此时水摩尔体积最小，故密度最大。破坏水分子的缔合结构时，要消耗较多的能量，故冰熔化热、熔点、水的比热、沸点及汽化热等性质和同族其他元素的氢化物相比，都高得多。
(责任编辑：化学自习室)
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