水加热的话会因为热胀冷缩导致密度变小吗,为什么?

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自然界大部分物质都遵循热胀冷缩现象,但也有少部分却是热缩冷涨。水在不同的温度阶段会表现出相反的性质,既会热胀冷缩,又会热缩冷涨,并不能笼统的归结为随温度的升高密度变小。可以将其划分为几个阶段 ①.固态水~液态水阶段,水的密度会随温度的升高而变大。②.0~4℃阶段,水密度随温度的升高而变大,4℃时的水密度最大。③.>4℃阶段,水的密度随温度升高而变小。

1. 固态水—液态水阶段

我们有个常识就是冰会漂浮在水的上面,这就说明固态的水的密度比液态水的密度小,当冰温度升高化成水后其密度会增加。再如冬天放在杯子里的水如果结冰会把杯子“冻裂”,其实也是同样的道理,水变成冰密度变小体积就会膨胀,准确的说水杯子是被水胀裂。根据研究发现将冰熔化成水,会使缔合水分子中的一些氢键断裂,分子的间距变小、空隙减少,所以密度变大。

2. 0~4℃阶段

水温升高的过程中,水会有两方面的因素影响密度。第一方面,缔合水分子的水分子会逐步变成单个的水分子,分子可以自由移动,可以将之前水分子之间的间隙填满水的密度也随之加大。第二方面随着温度的升高,水分子的运动速度加快,使得分子的平均距离加大,密度减小。但是综合两种因素第一种因素要比第二种因素的作用大,所以水密度会随着温度的增加变大。

3. >4℃阶段

该阶段水密度的变化主要受分子热运动速度加快的影响,呈现出热胀冷缩现象,既温度升高密度变小。


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热胀冷缩,就是温度升高时膨胀,温度降低时收缩,对于一定质量的物体,膨胀就是体积增大,收缩就是体积减小,所以,热胀冷缩就意味着加热密度减小冷却密度增大,没有例外。

在此,题主专门问到水,应该是考虑到水的反常膨胀,即0~4℃之间热缩冷胀。这样,水在0~4℃之间加热密度增大,4℃以上加热密度减小。所以,水在4℃时密度最大。最初规定规定4℃时1L纯水的质量为1kg,所以,4℃时水的密度是1.0×10³kg/m³,是水的最大密度。

这种现象对水中生物的越冬有十分重要的意义,当气温降低时,湖面上水的温度随着降低,在4℃以上时,由于热胀冷缩,湖面上水的密度增大,就要下沉,下部密度较小的水就要上升,于是形成对流,使上下水的温度很快达到一致。当湖面上水的温度低于4℃时,由于热缩冷胀,水的密度减小,小于下部水的密度,上部的水不能下沉,下部的水也不能上升,对流不能发生,下部的水只能靠传导和辐射向上传热,水是热的不良导体,传导热很慢,热辐射在水中进行的也比较微弱,致使湖水表面结了冰,而湖底的水还能保持在4℃,为水中生物提供安全可靠的越冬环境。


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水升温之后,水分子的大小虽然没有改变,但是水分子与水分子之间的距离变大了,这个就导致相同数目的水分子,它们的总体积增大了(相当于做操人数没有变,但是如果人与人之间的距离变大了,整个所占位置就大了),体积增大了,但是水的质量没有改变,密度等于水的质量除以体积,质量不变,体积增大,所以密度减小


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(1)水在0℃—4℃之间,密度(逐渐)增大;

(2)水在4℃时,密度最大;

(3)水在4℃以上,密度(逐渐)减小。


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