熱縮荷櫻花

❶ 在什麼溫度下，水會熱縮冷脹

水在一個標准大氣壓下，4攝氏度以下才熱縮冷脹，4攝氏度以上符合熱脹冷縮的規律。

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。根據實驗和近代理論研究的結果，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，運動的范圍也擴大了，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復雜分子(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個氫原子相連接成四面體，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℃以下第一種效應占優勢，在4℃以上第二種效應占優勢。所以只有在4℃時，密度最大。
參考資料：網路知道

❷ 冰為什麼熱縮冷漲

這水是最重要也是最奇特的特性之一。
在絕大多數物質都是熱漲冷縮的時候，水是反常的。水在低於4度是是熱縮冷漲，導緻密度下降，例如同樣質量的冰密度比水小，體積比水大。而大於4度時，則恢復熱漲冷縮。同樣質量，體積大了，密度當然就小了。
4度是平衡臨界點。因此水在4度時密度最大。

這是保障生物存在的很重要的一點，因為當水結冰的時候，冰的密度小，浮在水面，可以保障水下生物的生存。當天暖的時候，冰在上面，也是最先滑凍。如果冰的密度比水大，那所有的水生生物都不會存在了。因為冰會不斷沉到水下，天暖的時候也不會解凍，來年上面的水繼續冰凍，直到所有的水都成了冰。

具體的原理是，水是由氫氧離子組成的，因為氧離子和氫離子的負電荷傾向性（electronegitive）不同，形成共價鍵。而水分子的V型幾何結構，導致其為偶極(polar）共價鍵。氧離子為負電荷，氫離子為正電荷。
這就導致生物學上一個極重要的現象，氫鍵（hydrgen bond）。氫離子通過氫鍵和其他水分子結合。因為氫鍵的鍵能不大，所以在每一瞬時，每個水分子都結合和分離數十億次氫鍵。
水分子在液體狀態下是無序運動的，隨這溫度的增高而運動加大，從而導致體積變大。這就是為什麼水在4度以上時，密度變小。
當水低於4度時，水分子運動減慢，導致氫鍵合成的增多，水趨向於固體。因為氫鍵的鍵長要大於水分子的平均距離，所以當所有的水分子都被氫鍵固定住，也就是形成了冰，其體積反比水大。
這水是最重要也是最奇特的特性之一。
在絕大多數物質都是熱漲冷縮的時候，水是反常的。水在低於4度是是熱縮冷漲，導緻密度下降，例如同樣質量的冰密度比水小，體積比水大。而大於4度時，則恢復熱漲冷縮。同樣質量，體積大了，密度當然就小了。
4度是平衡臨界點。因此水在4度時密度最大。

這是保障生物存在的很重要的一點，因為當水結冰的時候，冰的密度小，浮在水面，可以保障水下生物的生存。當天暖的時候，冰在上面，也是最先滑凍。如果冰的密度比水大，那所有的水生生物都不會存在了。因為冰會不斷沉到水下，天暖的時候也不會解凍，來年上面的水繼續冰凍，直到所有的水都成了冰。

具體的原理是，水是由氫氧離子組成的，因為氧離子和氫離子的負電荷傾向性（electronegitive）不同，形成共價鍵。而水分子的V型幾何結構，導致其為偶極(polar）共價鍵。氧離子為負電荷，氫離子為正電荷。
這就導致生物學上一個極重要的現象，氫鍵（hydrgen bond）。氫離子通過氫鍵和其他水分子結合。因為氫鍵的鍵能不大，所以在每一瞬時，每個水分子都結合和分離數十億次氫鍵。
水分子在液體狀態下是無序運動的，隨這溫度的增高而運動加大，從而導致體積變大。這就是為什麼水在4度以上時，密度變小。
當水低於4度時，水分子運動減慢，導致氫鍵合成的增多，水趨向於固體。因為氫鍵的鍵長要大於水分子的平均距離，所以當所有的水分子都被氫鍵固定住，也就是形成了冰，其體積反比水大。

❸ 冰為什麼熱縮冷漲

這水是最重要也是最奇特的特性之一。
在絕大多數物質都是熱漲冷縮的時候，水是反常的。水在低於4度是是熱縮冷漲，導緻密度下降，例如同樣質量的冰密度比水小，體積比水大。而大於4度時，則恢復熱漲冷縮。同樣質量，體積大了，密度當然就小了。
4度是平衡臨界點。因此水在4度時密度最大。
這是保障生物存在的很重要的一點，因為當水結冰的時候，冰的密度小，浮在水面，可以保障水下生物的生存。當天暖的時候，冰在上面，也是最先滑凍。如果冰的密度比水大，那所有的水生生物都不會存在了。因為冰會不斷沉到水下，天暖的時候也不會解凍，來年上面的水繼續冰凍，直到所有的水都成了冰。
具體的原理是，水是由氫氧離子組成的，因為氧離子和氫離子的負電荷傾向性（electronegitive）不同，形成共價鍵。而水分子的V型幾何結構，導致其為偶極(polar）共價鍵。氧離子為負電荷，氫離子為正電荷。
這就導致生物學上一個極重要的現象，氫鍵（hydrgen
bond）。氫離子通過氫鍵和其他水分子結合。因為氫鍵的鍵能不大，所以在每一瞬時，每個水分子都結合和分離數十億次氫鍵。
水分子在液體狀態下是無序運動的，隨這溫度的增高而運動加大，從而導致體積變大。這就是為什麼水在4度以上時，密度變小。
當水低於4度時，水分子運動減慢，導致氫鍵合成的增多，水趨向於固體。因為氫鍵的鍵長要大於水分子的平均距離，所以當所有的水分子都被氫鍵固定住，也就是形成了冰，其體積反比水大。
這水是最重要也是最奇特的特性之一。
在絕大多數物質都是熱漲冷縮的時候，水是反常的。水在低於4度是是熱縮冷漲，導緻密度下降，例如同樣質量的冰密度比水小，體積比水大。而大於4度時，則恢復熱漲冷縮。同樣質量，體積大了，密度當然就小了。
4度是平衡臨界點。因此水在4度時密度最大。
這是保障生物存在的很重要的一點，因為當水結冰的時候，冰的密度小，浮在水面，可以保障水下生物的生存。當天暖的時候，冰在上面，也是最先滑凍。如果冰的密度比水大，那所有的水生生物都不會存在了。因為冰會不斷沉到水下，天暖的時候也不會解凍，來年上面的水繼續冰凍，直到所有的水都成了冰。
具體的原理是，水是由氫氧離子組成的，因為氧離子和氫離子的負電荷傾向性（electronegitive）不同，形成共價鍵。而水分子的V型幾何結構，導致其為偶極(polar）共價鍵。氧離子為負電荷，氫離子為正電荷。
這就導致生物學上一個極重要的現象，氫鍵（hydrgen
bond）。氫離子通過氫鍵和其他水分子結合。因為氫鍵的鍵能不大，所以在每一瞬時，每個水分子都結合和分離數十億次氫鍵。
水分子在液體狀態下是無序運動的，隨這溫度的增高而運動加大，從而導致體積變大。這就是為什麼水在4度以上時，密度變小。
當水低於4度時，水分子運動減慢，導致氫鍵合成的增多，水趨向於固體。因為氫鍵的鍵長要大於水分子的平均距離，所以當所有的水分子都被氫鍵固定住，也就是形成了冰，其體積反比水大。