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88、水冻结时为什么会膨胀?

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我们可以先问一问:固体为什么会是固体?液体为什么会是液体?

一种物质的各分子之间存在着一定的吸引力,这个吸引力能够把这些分子牢固地保持在某一固定位置上。人们很难把这些分子拉开,这种物质就是固体。

然而分子含有动能,它们会在它们的固定位置附近振动。

当温度上升时,这些分子获得越来越多的能量,振动得更加猛烈;最后,它们获得非常多的能量,以致别的分子的引力再也不能抓住它们了。它们摆脱了控制,并且自行跑开,在其他分子周围滑来滑去。于是固体熔化了,它就变成了液体。

大多数固体是结晶状的。那就是说,各分子不仅依然固定在它们的位置上,而且是固定在规则的位置上,排成行列。

当分子获得足够的能量而跑开时,这种规则性就被打破,固体就熔化了。

通常结晶状固体中各分子的规则配置是一种紧密的配置。各分子塞满在一起,它们中间几乎没有空隙。不过,一旦这个物质熔化了,彼此之间来回滑动的分子就互相拥挤和推撞。这种推撞的总效应就是迫使所有的分子分开得再远一点。这时物质就膨胀,它的密度就减小。于是,一般说来,液体的密度比固体低。

①已经证明“聚水”是子虚乌有。——碧声注

换一个方式来说,固体熔化时就膨胀,而液体冻结时就收缩。

不过,问题有很大一部分取决于分子在固体中是怎样配置的。例如,在冰中,水分子排列成一种异常松的形式。水分子排成三维的图样,这种图样实际上留下了一些“空穴”。

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