观察水结冰

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摘要: 水的结冰温度是0℃,一般室温中水不可能结冰。但科学家说,水的凝固点不仅与温度有关,还与压力有关。当外界压力增大时,水在...


描  述

  水的结冰温度是0℃,一般室温中水不可能结冰。但科学家说,水的凝固点不仅与温度有关,还与压力有关。当外界压力增大时,水在一般室温中也会结冰。例如在一万个大气压下,水就可在一般室温中结冰。

  其实,水的凝固点不仅受温度和压力的影响,还受到水所容纳体积的影响。

  水结冰时,水分子之间形成氢键,从而形成固体晶体。

  冰不是由完全统一的冰晶组成,而是由方向各不相同的冰晶组成。

  在一般情况下,当物体的温度升高时,物体的体积膨胀、密度减小,也就是通常所讲的“热胀冷缩”现象。然而水在由0℃温度升高时,出现了一种特殊的现象。人们通过实验得到水的密度随温度变化的曲线。在温度由0℃上升到4℃的过程中,水的密度逐渐加大;温度由4℃继续上升的过程中,水的密度逐渐减小;水在4℃时的密度最大。水在0℃至4℃的范围内,呈现出“冷胀热缩”的现象,称为反常膨胀。水的反常膨胀现象可以用氢键、缔合水分子理论予以解释。

 

  在水结成冰时,水分子的运动不能破坏氢键,氢键起主要作用,它把水分子结合起来形成有规则的空间结构,在一个晶格中,四个氢原子在正四面体的顶点上,一个氧原子位于四面体的中心。这样,使分子间的空隙变大且保持一定,因此水结成冰时体积变大。

  在水中,常温下有大约50%的单个水分子组合为缔合水分子,其中双分子缔合水分子最稳定。 多个水分子组合时,除了呈六角形外(如雪花、窗花),还可能形成立体形点阵结构(属六方晶系)。每一个水分子都通过氢键,与周围四个水分子组合在一起。边缘的四个水分子也按照同样的规律再与其他的水分子组合,形成一个多分子的缔合水分子。

  在液态水变成固态水时,即水凝固成冰、雪、霜时,呈现出缔合水分子的形状。此时,水分子的排列比较“松散”,雪、冰的密度比较小。 


操 作 说 明

  按下按钮,透过偏振放大镜观看水结冰的过程,观察冰晶的形态。