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热胀冷缩，但为什么水结冰体积会膨胀？
密度,水分子,体积热胀冷缩，但为什么水结冰体积会膨胀？
发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：
一般而言，物体遵循了热胀冷缩的原则。但是水是其中的例外，而原因也就是其中的化学键——水分子的化学键有一种特殊的氢键。
物质的密度由物质内分子的平均间距决定。对于水来说，由于水中存在大量单个水分子，也存在多个水分子组合在一起的缔合水分子，而水分子缔合后形成的缔合水分子的分子平均间距变大，所以水的密度由水中缔合水分子的数量、缔合的单个水分子个数决定。
具体地说，水的密度由水分子的缔合作用、水分子的热运动两个因素决定。当温度升高时，水分子的热运动加快、缔合作用减弱；当温度降低时，水分子的热运动减慢、缔合作用加强。综合考虑两个因素的影响，便可得知水的密度变化规律。（如图非常容易理解）
简单来说，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。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，氢键的作用力削弱，宏观的表现为体积变大。
回答于 2019-09-11 08:43:50
因为水在温度变化的过程中影响密度的主要矛盾不一样
当水的温度相对比较高的时候，水分子就像是一堆散乱的积木一样，彼此之间都是“独立运动”的，互相之间相互碰撞，而且随着温度的升高，这些分子运动的幅度越来越大——相当于每个分子都需要挤出来更大的“活动空间”，所以水的密度会不断下降。
而随着温度的进一步降低，大概在快要到达四摄氏度的时候，水分子的运动逐渐慢了下来，这个时候水分子之间就不再像是散乱的积木了，而是在分子之间的力的作用下规规矩矩地“排起了队”（水分子之间的“氢键”作用）。下图就是氢键作用下水分子搭起来的规则结构。
本来是散乱的积木，现在积木搭起来了规则的形状，体积一下子就变大了。所以在这个时候，水的温度越低、由散乱变得规则的积木就越多，水的密度反而变低了。
所以说，在不同的阶段，主导水的密度的因素是不一样的。温度高的阶段是水分子运动的激烈程度，所以温度越低、体积越小、密度越大；温度低的阶段是水分子由不规则运动变成规则结构的程度，所以温度越低、体积越大、密度越小。
这是两个不同的过程，而这种水的独特性质就是所谓的“反常膨胀”，所以水在4摄氏度的时候密度最大。
回答于 2019-09-11 08:43:50
多数情况下，物体遵循热胀冷缩，也就是物体由液态受冷形成固态时体积减小密度增大，但是水结冰后体积却发生膨胀，这主要是因为水分子间的化学变化。这类物质还有液氨,液态氟化氢。
解释这个现象首先要了解下氢键和缔合分子。水分子之间存在较强的氢键作用，它比水分子间的作用力（范得瓦耳斯力）还要大得多，这就使得水分子通过氢键结合形成了缔合分子（多个水分子组合在一起）。
液态水中除了正常的水分子H2O外，还存在水分子的缔合分子（典型的包括(H2O)2和(H2O)3）。当水处于0℃并且未结冰时，多数水分子以(H2O)3存在，当温度升高到3.98℃(101kPa)时水分子多以(H2O)2形式存在，在水温由0℃升至4℃的过程中，缔合分子氢键断裂引起的水分子间距变小，从而使水的密度增大作用强于水分子热运动引起的密度减小，所以这个过程水的密度增大。如果温度再继续升高在3.98℃以上的话，一般物质热胀冷缩的规律就占主导地位了，水也并不例外的。
我们回过来看下冰又是怎么回事。当水温降到0℃并且结冰时，几乎全部水分子缔合成一个巨大的分子，这使得冰的分子间排列有了规律（如上图每一个氧原子有四个氢原子为近邻），这种排列形成一种敞开的结构，也就是说冰的结构中有较大的孔隙，所以冰的体积要比同温度水的体积大，密度要比同温度水的密度小。
回答于 2019-09-11 08:43:50
日常生活中我们会发现，无论水结成冰或者冰化为水体积都会变大或变小，那这究竟是怎么一回事呢？
1、我们首先从水和冰的密度来分析，众所周知，相同体积下密度越大那么质量就会越大，而水的密度为1.0g/立方厘米，冰的密度为0.9g/立方厘米，很显然相同体积下水的密度是比冰的密度要大的。那么我们结合质量与体积的关系就可以理解为水结成冰后，因为密度由原来的1.0g/立方厘米变成了0.9g/立方厘米，所以体积会发生变大的情况。
2、明白水和冰之间的密度与体积关系之后，我们再代入初中物理知识—相同体积相同密度情况下，温度的不同也会导致密度发生变化，即热胀冷缩原理。水这种特殊液体在4摄氏度时密度最大，从4摄氏度往下密度开始变小，再结合冰与水的体积密度关系来分析，就可以理解水结成冰体积变大，冰化成水体积变小，而且无论是冰化成水或者水结成冰，在4摄氏度时体积是最大的。
回答于 2019-09-11 08:43:50
又来了个拽文的
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