科学家用X射线研究接近0℃水的结构时,证实在液态水中存在着非常小的冰晶体,这些微小的冰晶具有像普通冰一样的结晶学上的结构。根据推算,在接近0℃的水中大约有0.6%的冰晶体。当温度逐渐升高时,这些冰晶体逐渐被破坏,引起了体积的减小,致使密度增大。
而在温度4℃上下,水中有两种使密度发生改变的效应:一是由于温度升高,液态水的分子热运动加剧,分子间的平均距离增大,致使水的密度减小;另一种是由于温度升高,水中所含有的冰晶体逐渐熔解,分子间的平均距离减小,致使密度增大。在1大气压(101.325千帕)下,水温低于4℃前,后一种效应占优势;而水温高于4℃后,前一种效应占优势。所以水在4℃密度最大。
水的这种特性给人们的日常生活造成一些损失,例如水结冰时体积膨胀所产生的力量,足以把水管、水泥制件等撑破。当然,也能给人类带来好处,特别是在保护鱼类和其他水中生物方面。
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作者: 齐月园