逍遥学能 2016-05-07 10:37
文章摘要：日常生活中，我们看到冰块在水面上漂浮，影视作品上，更是看到巨大的冰山浮在大海中。冰，水为之，为什么会浮在水面上呢？为什么不符合热胀冷缩的原理呢？
热胀冷缩，指的是物质受热时体积会变大，受冷体积变小。就拿最常见的温度计就是依据这一原理制作的，对于物质这一性质大家深信不疑。但是，有一种物质比较反常，冰是水降低温度到0度下的产物，却比水轻。
冰的密度比水小，所以能浮在水面上。为什么冰的密度反而比水小呢？原因只有一个，就是水在结冰的时候，体积增大了，其中的原因是什么呢？
原来水分子之间存在一种特殊的作用??氢键。
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 ℃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）。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。
冰与水中氢键的比较
知道水结冰时体积会膨胀，我们就要利用这一性质。所以冬天到来之前，放在露天的瓦缸都应该倒扣过来，免得积了水会冻裂。自来水管得用稻草包扎起来，结了冰放不出水来还是小事，冻裂了损失可大了。不能耐寒的花树果树和幼小的苗木，也得用稻草包扎。树木的细胞里含的水要是结了冰，会把细胞膜胀破，植物的组织就给破坏了。 农用机车用完之后必须将水箱的水放尽，以免冻裂等等。
来源：马博士教育网