冰与水的密度

为什么冰浮在水面上，而不是像大多数固体一样下沉？这个问题的答案有两个部分。首先，让我们来看看为什么会浮出水面。然后，让我们来看看为什么冰会浮在液态水的上面，而不是沉入水底。...

为什么冰浮在水面上，而不是像大多数固体一样下沉？这个问题的答案有两个部分。首先，让我们来看看为什么会浮出水面。然后，让我们来看看为什么冰会浮在液态水的上面，而不是沉入水底。

冰为什么会漂浮

与混合物中的其他成分相比，密度较低或单位体积质量较低的物质会漂浮。例如，如果你把一把石头扔进一桶水中，与水相比密度大的石头就会下沉。比岩石密度小的水会浮在水面上。基本上，岩石将水推开或置换。为了使物体能够漂浮，它必须排出与自身重量相等的流体重量。

水在4°C（40°F）时达到其最大密度。当它进一步冷却并冻结成冰时，它的密度实际上会降低。另一方面，大多数物质在固态（冷冻）时比液态时密度最大。水是不同的，因为氢键。

水分子是由一个氧原子和两个氢原子通过共价键紧密结合而成的。水分子也被相邻水分子的带正电的氢原子和带负电的氧原子之间较弱的化学键（氢键）相互吸引。当水冷却到4°C以下时，氢键调整以保持带负电的氧原子分开。这就产生了一种通常称为冰的晶格。

冰之所以漂浮，是因为它的密度比液态水低约9%。换句话说，冰比水多占9%的空间，所以一公升冰比一公升水重。较重的水取代较轻的冰，因此冰浮到顶部。这样做的一个后果是湖泊和河流自上而下结冰，即使湖面结冰，鱼类也能生存。如果冰下沉，水将被移到顶部并暴露在较低的温度下，迫使河流和湖泊充满冰并冻结固体。

重水冰盆

然而，并不是所有的水冰都漂浮在普通的水面上。用重水制成的冰，含有氢同位素氘，沉入普通水中。氢键仍然存在，但它不足以抵消正常水和重水之间的质量差。重水冰在重水中下沉。

发表于 2021-09-22 03:41
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分类：化学

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