水在4度以下遵循熱縮冷脹的規律,在液態時分子之間的距離最小

2023-01-03 19:01:00 字數 4854 閱讀 6933

1樓:匿名使用者

只要你給的的外力足夠大,什麼東西都可以壓縮!!!關鍵是你能提供那多大的外力不???分子間在靠的很近時的排斥力是很大的!!!!

為什麼水在4攝氏度時是熱脹冷縮 而在4攝氏度以下時是熱縮冷脹

2樓:清涼幻想

水的反常膨脹及其微觀解釋

在一般情況下,當物體的溫度升高時,物體的體積膨脹、密度減小,也就是通常所講的「熱脹冷縮」現象。然而水在由0℃溫度升高時,出現了一種特殊的現象。人們通過實驗得到了p-t曲線,即水的密度隨溫度變化的曲線。

由圖可見,在溫度由0℃上升到4℃的過程中,水的密度逐漸加大;溫度由4℃繼續上升的合過程中,水的密度逐漸減小;水在4℃時的密度最大。水在0℃至14℃的範圍內,呈現出「冷脹熱縮」的現象,稱為反常膨脹。水的反常膨脹現象可以用氫鍵、締合水分子理論予以解釋。

物質的密度由物質內分子的平均間距決定。對於水來說,由於水中存在大量單個水分子,也存在多個水分子組合在一起的締合水分子,而水分子締合後形成的締合水分子的分子平均間距變大,所以水的密度由水中締合水分子的數量、締合的單個水分子個數決定。具體地說,水的密度由水分子的締合作用、水分子的熱運動兩個因素決定。

當溫度升高時,水分子的熱運動加快、締合作用減弱;當溫度降低時,水分子的熱運動減慢、締合作用加強。綜合考慮兩個因素的影響,便可得知水的密度變化規律。

在水中,常溫下有大約50%的單個水分子組合為締合水分子,其中雙分子締合水分子最穩定。

多個水分子組合時,除了呈六角形外(如雪花、窗花),還可能形成立體形點陣結構(屬六方晶系)。每一個水分子都通過氫鍵,與周圍四個水分子組合在一起。邊緣的四個水分子也按照同樣的規律再與其他的水分子組合,形成一個多分子的締合水分子。

由圖可知,締合水分子中,每一個氧原子周圍都有——4個氫原子,其中兩個氫原子較近一些,與氧原子之間是共價鍵,組成水分子;另外兩個氫原子屬於其他水分子,靠氫鍵與這個水分子組合在一起。可以看出,這種多個分子組合成的締合水分子中的水分於排列得比較鬆散,分子的間距比較大。由於氫鍵具有一定的方向性,因此在單個水分子組合為締合水分子後,水的結構發生了變化。

一是締合水分子中的各單個分子排列有序,二是各分子間的距離變大。

在液態水變成固態水時,即水凝固成冰、雪、霜時,呈現出締合水分子的形狀。此時,水分子的排列比較「鬆散」,雪、冰的密度比較小。

將冰熔化成水,締合水分子中的一些氫鍵斷裂,冰的晶體消失。0℃的水與0℃的冰相比,締合水分子中的單個水分子數目減少,分子的間距變小、空隙減少,所以0℃的水比0℃的冰密度大。用倫琴射線照射0℃的水,發現只有15%的氫鍵斷裂,水中仍然存在有約85%的微小冰晶體(即大的締合水分子)。

若繼續加熱0℃的水,隨著水溫度的升高,大的締合水分子逐漸瓦解,變為三分子締合水分子、雙分子締合水分子或單個水分子。這些小的締合水分子或單個水分子,受氫鏈的影響較小,可以任意排列和運動,不必形成「縷空」結構,而且單個水分子還可以「嵌入」大的締合水分子中間。在水溫升高的過程中,一方面,締合數小的締合水分子、單個水分子在水中的比例逐漸加大,水分子的堆集程度(或密集程度)逐漸加大,水的密度也隨之加大。

另一方面在這個過程中,隨著溫度的升高,水分子的運動速度加快,使得分子的平均距離加大,密度減小。考慮水密度隨溫度變化的規律時,應當綜合考慮兩種因素的影響。在水溫由0℃升至4℃的過程中,由締合水分子氫鍵斷裂引起水密度增大的作用,比由分子熱運動速度加快引起水密度減小的作用更大,所以在這個過程中,水的密度隨溫度的增高而加大,為反常膨脹。

水溫超過4℃時,同樣應當考慮締合水分子中的氫鍵斷裂、水分子運動速度加快這兩個因素,綜合分析它們對水密度的影響。由於在水溫比較高的時候,水中締合數大的締合水分子數目比較小,氫鍵斷裂所造成水密度增加的影響較小,水密度的變化主要受分子熱運動速度加快的影響,所以在水溫由4℃繼續升高的過程中,水的密度隨溫度升高而減小,即呈現熱脹冷縮現象。

在4℃時,水中雙分子締合水分子的比例最大,水分子的間距最小,水的密度最大。

3樓:色色大俠

因為水在4度的時候密度最大

水在04℃之間熱縮冷脹是什麼現象

4樓:匿名使用者

屬於反常膨脹現象。

反常膨脹,是指一般物質由於溫度影響,其體積為熱脹冷縮。反常膨脹的情況則相反。 水的反常膨脹現象可以用氫鍵、締合水分子理論予以解釋。

只有在0℃到4℃的範圍內的水才顯示出反常膨脹的現象來。

一般物質由於溫度影響,其體積為熱脹冷縮。但也有少數熱縮冷脹的物質,如水、銻、鉍、液態鐵等,在某種條件下恰好與上面的情況相反。實驗證明,對0℃的水加熱到4℃時,其體積不但不增大,反而縮小。

當水的溫度高於4℃時,它的體積才會隨著溫度的升高而膨脹。因此,水在4℃時的體積最小,密度最大。湖泊裡水的表面,當冬季氣溫下降時,若水溫在4℃以上時,上層的水冷卻,體積縮小,密度變大,於是下沉到底部,而下層的暖水就升到上層來。

這樣,上層的冷水跟下層的暖水不斷地交換位置,整個的水溫逐漸降低。這種熱的對流現象只能進行到所有水的溫度都達到4℃時為止。當水溫降到4℃以下時,上層的水反而膨脹,密度減小,於是冷水層停留在上面繼續冷卻,一直到溫度下降到0℃時,上面的冷水層結成了冰為止。

以上階段熱的交換主要形式是對流。當冰封水面之後,水的冷卻就完全依靠水的熱傳導方式來進行熱傳遞。由於水的導熱效能很差,因此湖底的水溫仍保持在4℃左右。

這種水的反常膨脹特性,保證了水中的動植物,能在寒冷季節內生存下來。這裡還應注意到,冰在冷卻時與一般物質相同,也是縮小的。受熱則膨脹,只有在0℃到4℃的範圍內的水才顯示出反常膨脹的現象來。

5樓:大漠孤煙直在哪

具有反常膨脹的現象.4℃以上的水遵循熱脹冷縮的規律;0℃~4℃之間的水則遵循熱縮冷脹的規律,因此,只有4℃時的水,密度最大,故上述知識可知,在北方的冬天,無論水面結了多厚的冰,河流底部水的溫度始終保持在4℃不變;即我國北方地區常遭遇低溫凍雪天氣,停在室外汽車的水箱常被凍裂,原因是水箱裡的水結冰後,其狀態變了,但其質量不變,體積變大,故這樣使得水箱被脹裂;故答案為:大; 4; 不變; 變大.

為什麼水具有在4攝氏度以上熱脹冷縮,而在4攝氏度以下則熱縮冷脹的特性?

6樓:匿名使用者

實驗表明,水在4℃以上,仍然是遵循熱脹冷縮規律的,從4℃以下,即4℃到0℃間才發生反常膨脹。水在4℃時,體積最小,密度最大。因而冰的密度略小於水的密度。所以可以浮在水面上。

反常膨脹的原因 水的反常膨脹現象,原因是水分子具有特殊的結構,但對水分子結構的研究,現代科學上還沒有統一的認識,因此對水的密度的反常變化的原因還沒有統一的解釋方法,現在介紹常見的幾種解釋方法以供參考。

1.「晶體結構」論:為了介紹水的反常膨脹,有必要先介紹冰的晶體結構。在冰的晶體結構中,水分子(即冰晶體的分子)以一定的方向排列在晶體點陣內,每個水分子都被另外四個分子所包圍,這四個水分子形成一個四面體(三角形錐體),水分子間相互作用力的性質使得在冰的晶體中水分子的排列一定是這種形式,這種排列方式是比較鬆散,體積較大,如果在冰中的水分子不象這樣排列,而一個連著一個排列得很密,那時同樣質量的冰的體積將會縮小。

用x射線研究液態水的結構時,發現在低溫的液態水中在一定的程度上還保留著冰的四面體的結構,就是說在低溫的液態水中有著非常微小的冰的結晶。根據推算,在接近0℃時的水約包含著0.60%的這種微晶體,當溫度逐漸升高時,這種微晶體逐漸地被破壞。

因為這種微晶體具有象冰一樣的晶結構,它的體積比同質量水的體積大,所以這種微晶體逐漸地被破壞,它的體積就逐漸變小,因而密度逐漸變大。反過來說,它的溫度從4℃降到0℃時,這種微晶體逐漸增加,體積逐漸變大,密度逐漸縮小,出現反常膨脹。但水的溫度高於4℃時,水分子的熱運動使得分子間的距離增加,體積變大,密度變小,所以說水在4℃時的密度最大。

2.「極性分子」論:

原來水是由很多不斷運動著的水分子組成的。根據實驗和近**論研究的結果,知道在水分子的兩端產生了帶有兩個相反的電荷,一端帶正電荷,一端帶負電荷。如圖4所示:

在逐漸升高到4℃以上時,水分子的動能大了,運動速度加快了,吸引在一道的兩個分子,漸漸拆開為單個分子,運動的範圍也擴大了,這時候水的密度也漸漸變小了。

3.「分子的諦合」論:

水的反常膨脹現象和水在不同狀態的結構有關。實驗事實證明,無論是液態或固態的水都含有由簡單分子結合而成的複雜分子(h2o)2。

這種結合過程稱為水分子的諦合。

液態水,除了含有簡單的水分子(h2o)外,同時還含有諦合分子(h2o)2和(h2o)3。由於諦合是放熱過程,所以溫度低水的諦合程度也隨之增高,即n值變大。當溫度為0℃時,水便結合冰,全部水分子諦合在一起。

在冰的結構中,每個氧原子與4個氫原子相連線成四面體,所以冰的結構中有較大的空隙,因而冰的密度比水小,比水輕。

水在4℃時密度最大的原因,可能是在0℃的液態水中仍保持有一些非常微小的同冰的結構相似的諦合分子所致。當加熱時,一方面這種冰結構的諦合分子繼續被破壞,變成較緊密的排列而使密度上升變大;另一方面水分子的熱運動增強,水分子間距離增大又會使密度隨溫度上升變小。在4℃以下第一種效應佔優勢,在4℃以上第二種效應佔優勢。

所以只有在4℃時,密度最大。

7樓:飽滿且端莊的榜眼

4攝氏度是一個臨界點

為什麼水4度以下熱縮冷脹?

8樓:

水分子有一個鍵角

液態水分子之間間隙比較小

但是固態是晶體

有特定結構

晶格間有較大空隙

就像一堆火柴 散亂的時候比較小

但是排列成正方形就比較大了

9樓:匿名使用者

相反的,物質在溫度下降時體積縮小,密度會變大。不過水是例外,因為水的密度在4℃時最大,水溫只要從4℃上升或下降,密度都會變小。也就是說4℃的水,體積在受熱時也膨脹、冷卻時也膨脹。

所以水總是由表面開始結冰,密度最大的4℃的水會沉入最底層。這個性質非常重要,在嚴寒的冬天,雖然水的表面已結冰,但在湖泊的底層仍維持4℃左右,使水中的生物可安然度過冬天。

就是這樣……其實是蠻簡單的

應該還好理解吧……

0至4攝氏度的水為什麼是熱縮冷漲?

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