为什么水在4℃时密度最大_水与油的密度哪个大
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10条解答
1.为什么水在4摄氏度时密度最大?
先说冰的密度,冰的密度低是由于构成冰的水分子在晶体里空间占有率较低的缘故.这是因为每个水分子周围最临近的水分子只有4个(在晶体结构中最多的可达12个 !水分子之间形成氢键O-H…O,每摩尔冰里只有2NA个氢键(NA阿伏加德罗常数 ,冰的熔化热为5.0kJ/mol而冰中氢键键能为
18.8kJ/mol,假设冰的熔化热全用于打破冰的氢键,冰融化为液态的水,至多只能打破冰中全部氢键的跃13%(等于5/(
18.82))。这意味着刚刚融化的水中仍分布着大量近距有序的冰晶结构微小集团。随温度升高,发生两种相反的过程一是冰晶结构小集团受热不断崩溃;另一是水分子间距因热运动不断增大,0~4°C时前者占优势,4°C以上,后者占优势,4°C时两者互不相让,导致水的密度最大。
2.水在4℃时密度最大是什么现象
水在4℃时密度最大是反常膨胀现象。
水的反常膨胀现象可以用氢键、缔合水分子理论予以解释。 只有在0℃到4℃的范围内的水才显示出反常膨胀的现象来。
一般物质由于温度影响,其体积为热胀冷缩。但也有少数热缩冷胀的物质,如水、锑、铋、液态铁等,在某种条件下恰好与上面的情况相反。
实验证明,对0℃的水加热到4℃时,其体积不但不增大,反而缩小。当水的温度高于4℃时,它的体积才会随着温度的升高而膨胀。,水在4℃时的密度最大。
湖泊里水的表面,当冬季气温下降时,若水温在4℃以上时,上层的水冷却,体积缩小,密度变大,于是下沉到底部,而下层的暖水就升到上层来。这样,上层的冷水跟下层的暖水不断地交换位置,整个的水温逐渐降低。
这种热的对流现象只能进行到所有水的温度都达到4℃时为止。当水温降到4℃以下时,上层的水反而膨胀,密度减小,于是冷水层停留在上面继续冷却,一直到温度下降到0℃时,上面的冷水层结成了冰为止。
一、热胀冷缩
水温超过4℃时,同样应当考虑缔合水分子中的氢键断裂、水分子运动速度加快这两个因素,综合分析它们对水密度的影响。
由于在水温比较高的时候,水中缔合数大的缔合水分子数目比较小,氢键断裂所造成水密度增加的影响较小,水密度的变化主要受分子热运动速度加快的影响,所以在水温由4℃继续升高的过程中,水的密度随温度升高而减小,即呈现热胀冷缩现象。
在4℃时,水中双分子缔合水分子的比例最大,水分子的间距最小,水的密度最大。
二、水的反常膨胀
液态水,除含有简单的水分子(H2O 外,还含有缔合分子(H2O)2和(H2O)3等,当温度在0℃水未结冰时,大多数水分子是以(H2O)3的缔合分子存在,当温度升高到
3.98 ℃
(101 kPa 时,水分子多以(H2O)2缔合分子形式存在,分子占据空间相对减小,此时水的密度最大。
如果温度再继续升高在
3.98 ℃以上,一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了。水温降到0 ℃时,水结成冰,水结冰时几乎全部分子缔合在一起成为一个巨大的缔合分子,在冰中水分子的排布是每一个氧原子有四个氢原子为近邻(两个共价键,两个氢键 。
这样一种排布导致成一种敞开结构,也就是说冰的结构中有较大的空隙,所以冰的密度反比同温度的水小。
参考资料来源-热胀冷缩
参考资料来源-反常膨胀
3.水在多少度的时候密度最大?
水在摄氏4度时密度最大.
绝大多数物质有热胀冷缩的现象,温度越低体积越小,密度越大而水在4℃时体积最小,密度最大,为1kg·m?3(即1g·cm?3。这一现象也可以用水的缔合作用加以解释。接近沸点的水,主要是以简单分子的状态存在的。冷却时一方面由于温度降低,分子热运动减小,使水分子间的距离缩小,另一方面,由于温度降低,水的缔合度增大,(H2O)2缔合分子增多,分子间排列较紧密,这两个因素都使水的密度增大,温度降低到
4.0℃时(严格讲是
3.98℃),水有最大的密度,最小的体积。温度继续降低时,出现较多的(H2O)3及具有冰的结构的较大的缔合分子,它们的结构较疏松,所以4℃以下,水的密度随温度降低反而减小,体积则增大。到冰点时,全部分子缔合成一个巨大的、具有较大空隙的缔合分子。水的这一性质对水生动植物的生存有着重要的意义。严冬季节,冰封江、湖、河面的时候,由于冰比水轻(0℃时冰的密度为0.9168g·cm?3而水的密度为0.9999g·cm?3,它浮在水面上,使下面水层不易冷却,有利于水生动植物的生存。
300多年前,人类就已知道水在摄氏4度时密度最大这一现象。虽然这一现象仅仅是由于水的分子结构造成的,但对于水的这种特性,人们至今仍不能作出科学的解释。
日本物质材料研究机构物质研究所研究员三岛修和铃木芳治通过实验证实,在低温条件下两种非晶态冰之间存在不连续性转移。在低温情况下,低密度水和高密度水呈完全不同的形态。这项研究不仅解释了水在摄氏4度时密度最大的现象,而且在生态系统、水溶液系统等与水有关的领域有广泛的研究与应用价值。该成果发表在最新一期的《自然》杂志上。
多年来,科学家通过理论计算与实验,一直在进行水的非晶态多样性研究。水通常在摄氏零度时结冰。但水在摄氏零度以下时也可保持液体状态,称作过冷却水。当过冷却水到达临界点以下时就会分离出两种状态,既低密度水和高密度水。与此相对应,也存在低密度和高密度两种非晶态冰。由于水在低温时易于结冰,也由于没有非晶态冰之间互相转移的现存理论,水的非晶态多样性学说存在很多争论。其中之一就是两种密度的非晶态水是否会发生连续转移。
日本科学家的这项研究,观察了高密度非晶态冰(HDA 向低密度非晶态冰(
LDA 变化的过程。发现
H
DA在零下158摄氏度以下时整体均一膨胀,在零下158摄氏度时随着不均一的体积变化迅速向
L
DA转移。在转移过程中,出现两种成分共存状态,随着时间推移,
H
DA和LDA逐渐分离。研究证实,低温下两种水之间的转移是不连续的。
科学家认为,这项研究成果是揭开水领域各种问题的重大突破,将对今后过冷却水等研究产生重大影响,将带动对同温层中的云的研究及在冰点下活动的动植物细胞内存在的过冷却水的研究。如果今后能够控制这两种水的临界点,就可以自由控制水的结晶,对人类控制地球环境和开发生物冷却保存技术极有价值。
4.常压下液态水在4℃时密度最大,在℃时密度最小
为冰时,密度最小 为0.9g/cm^3 就是在0℃以下时
5.水4摄氏度时密度是多少
99
9.972
6.水在什么温度时候密度最大
水在4度的时候密度最大
7.水在几度时密度最大
在标准大气压下,是4℃。
8.水在几摄氏度下密度最大?
是在4摄氏度下密度最大啦!
9.水的密度与温度的关系
水的密度是在4摄氏度的时候最大 也就是一克每立方厘米 所以说 水在变成冰的时候 密度先增大后减小
10.在标准大气压下,多少度时水的密度最大
4℃。水在4℃以下时,是热缩冷胀;4℃以上,是热胀冷缩。