在同等质量下,为什么固态水比液态水体积要大?(注意:这是一个很晕的问题,慎入!)头易晕者慎入!一定慎入!在4℃以下,水的性质转变为"热缩冷胀",所以在同等质量下,固态水比液态水体积要大.但

Question

在同等质量下,为什么固态水比液态水体积要大?(注意:这是一个很晕的问题,慎入!)
头易晕者慎入!一定慎入!
在4℃以下,水的性质转变为"热缩冷胀",所以在同等质量下,固态水比液态水体积要大.但是!(注意"但是!")液态水分子的活动比起固态水分子的更加频
繁,幅度更大,频率更高是吧.那么也就是说液态水分子的个体活动空间要比固态水的个体活动空间更大,那固态水的体积怎么会比液态水的体积要大咧~郁闷~
...
......不要鄙视我......
......≤......某些时候很晕

Answer 1

一般情况下,物体遵守热胀冷缩,也就是对于同一物体“固体的密度应比液体大”
可是水却相反,这原因涉及到化学.
由于水分子是极性很强的分子,能通过氢键结合成缔合分子（多个水分子组合在一起）.液态水,除含有简单的水分子(H2O)外,同时还含有缔合分子,最典型的两种是(H2O)2和(H2O)3,前者称为双分子缔合水分子.物质的密度由物质内分子的平均间距决定.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℃(101kPa)时水分子多以双分子缔合水分子的形式存在（在水温由0℃升至4℃的过程中,由缔合水分子氢键断裂引起水密度增大的作用,比由分子热运动速度加快引起水密度减小的作用更大,所以在这个过程中,水的密度随温度的增高而加大.）,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.