88、水凍結時為什麽會膨脹?
你知道嗎--現代科學中的100個問題 作者：艾薩克·阿西莫夫 投票推薦 加入書簽 留言反饋
我們可以先問一問：固體為什麽會是固體？液體為什麽會是液體？
一種物質的各分子之間存在著一定的吸引力，這個吸引力能夠把這些分子牢固地保持在某一固定位置上。人們很難把這些分子拉開，這種物質就是固體。
然而分子含有動能，它們會在它們的固定位置附近振動。
當溫度上升時，這些分子獲得越來越多的能量，振動得更加猛烈；最後，它們獲得非常多的能量，以致別的分子的引力再也不能抓住它們了。它們擺脫了控製，並且自行跑開，在其他分子周圍滑來滑去。於是固體熔化了，它就變成了液體。
大多數固體是結晶狀的。那就是說，各分子不僅依然固定在它們的位置上，而且是固定在規則的位置上，排成行列。
當分子獲得足夠的能量而跑開時，這種規則性就被打破，固體就熔化了。
通常結晶狀固體中各分子的規則配置是一種緊密的配置。各分子塞滿在一起，它們中間幾乎沒有空隙。不過，一旦這個物質熔化了，彼此之間來迴滑動的分子就互相擁擠和推撞。這種推撞的總效應就是迫使所有的分子分開得再遠一點。這時物質就膨脹，它的密度就減小。於是，一般說來，液體的密度比固體低。
1已經證明“聚水”是子虛烏有。——碧聲注
換一個方式來說，固體熔化時就膨脹，而液體凍結時就收縮。
不過，問題有很大一部分取決於分子在固體中是怎樣配置的。例如，在冰中，水分子排列成一種異常鬆的形式。水分子排成三維的圖樣，這種圖樣實際上留下了一些“空穴”。
當溫度上升時，分子打破了鬆散的排列，開始獨立地運動，進行通常的擁擠和推撞。這種運動會使各分子分開，此外也把它們推到空穴中去。由於填滿了空穴，液態水占有的空間比固態冰少，而不管分子如何擁擠。當1立方米的冰融化時，僅形成0.9立方米的水。
由於冰的密度沒有水大，所以它漂浮在水上。1立方米的冰會在水中下沉，直至0.9立方米的冰沉至水麵以下為止。
這個冰塊排開的0.9立方米的液態水的重量跟1立方米冰的重量一樣。現在冰被水浮起來了，剩下0.1立方米的冰留在水麵以上。對冰來說一般都是這樣。任何一塊冰將浮在水麵上，它大約有十分之一在水麵以上，十分之九在水麵以下。
一般來說，這對於生命是非常幸運的。由於事情就是如此，所以水形成的冰停留在一片水體的頂部，它把較低的深層隔開，使得從下麵逸出的熱量有所減少。結果，較深的水通常不凍結，甚至在非常冷的天氣條件下也不凍結。同樣，漂浮的冰在較暖的氣候裏接受太陽的全部影響，並且很快融化。
如果冰的密度大於水，那麽，當它形成時，它就會沉到水底，結果就有更多的水會凍結。此外，處在水體底部的冰就沒有機會吸收太陽的溫暖而融化。如果冰的密度大於水，那麽，我們地球上的水源就會幾乎都是凍結的，即使地球離開太陽並不比現在更遠。
一種物質的各分子之間存在著一定的吸引力，這個吸引力能夠把這些分子牢固地保持在某一固定位置上。人們很難把這些分子拉開，這種物質就是固體。
然而分子含有動能，它們會在它們的固定位置附近振動。
當溫度上升時，這些分子獲得越來越多的能量，振動得更加猛烈；最後，它們獲得非常多的能量，以致別的分子的引力再也不能抓住它們了。它們擺脫了控製，並且自行跑開，在其他分子周圍滑來滑去。於是固體熔化了，它就變成了液體。
大多數固體是結晶狀的。那就是說，各分子不僅依然固定在它們的位置上，而且是固定在規則的位置上，排成行列。
當分子獲得足夠的能量而跑開時，這種規則性就被打破，固體就熔化了。
通常結晶狀固體中各分子的規則配置是一種緊密的配置。各分子塞滿在一起，它們中間幾乎沒有空隙。不過，一旦這個物質熔化了，彼此之間來迴滑動的分子就互相擁擠和推撞。這種推撞的總效應就是迫使所有的分子分開得再遠一點。這時物質就膨脹，它的密度就減小。於是，一般說來，液體的密度比固體低。
1已經證明“聚水”是子虛烏有。——碧聲注
換一個方式來說，固體熔化時就膨脹，而液體凍結時就收縮。
不過，問題有很大一部分取決於分子在固體中是怎樣配置的。例如，在冰中，水分子排列成一種異常鬆的形式。水分子排成三維的圖樣，這種圖樣實際上留下了一些“空穴”。
當溫度上升時，分子打破了鬆散的排列，開始獨立地運動，進行通常的擁擠和推撞。這種運動會使各分子分開，此外也把它們推到空穴中去。由於填滿了空穴，液態水占有的空間比固態冰少，而不管分子如何擁擠。當1立方米的冰融化時，僅形成0.9立方米的水。
由於冰的密度沒有水大，所以它漂浮在水上。1立方米的冰會在水中下沉，直至0.9立方米的冰沉至水麵以下為止。
這個冰塊排開的0.9立方米的液態水的重量跟1立方米冰的重量一樣。現在冰被水浮起來了，剩下0.1立方米的冰留在水麵以上。對冰來說一般都是這樣。任何一塊冰將浮在水麵上，它大約有十分之一在水麵以上，十分之九在水麵以下。
一般來說，這對於生命是非常幸運的。由於事情就是如此，所以水形成的冰停留在一片水體的頂部，它把較低的深層隔開，使得從下麵逸出的熱量有所減少。結果，較深的水通常不凍結，甚至在非常冷的天氣條件下也不凍結。同樣，漂浮的冰在較暖的氣候裏接受太陽的全部影響，並且很快融化。
如果冰的密度大於水，那麽，當它形成時，它就會沉到水底，結果就有更多的水會凍結。此外，處在水體底部的冰就沒有機會吸收太陽的溫暖而融化。如果冰的密度大於水，那麽，我們地球上的水源就會幾乎都是凍結的，即使地球離開太陽並不比現在更遠。