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[物理現象] 為何水於0度C至4度C 會熱縮冷脹?

在了解水的熱縮冷脹的特性時,我們必須了解水是極性分子,由於他是極性分子又有氫鍵的關係,使得水有三種形式,分別是單分子、雙分子 及三分子的水


 
我們從上圖可知,二聚水兩分子正負極相反,所以結合時最為緊密、體積也較小。
則三聚水因首尾相連架成了三角型,所以暫有空間較大。
至於會有這麼多種的形式...我想是因為在降溫時,物種想保持更安定之狀態,所以會尋求像二聚水的狀態(分子間作用力,LIKE 靜電吸引力)
 
然必須留意的事,分子與分子間有斥力(氧vs氧,氫vs氫),當如果溫度不斷的下降,到了一個臨界點後就沒辦法保持二聚水之狀態,最後會以三聚水的形式穩定存在(達熱平衡)
(有點讓我覺得一個是動力學產物和熱力學產物)
 
依據實驗數據顯示,在4度C狀況下,主要以二分子水的形式為主
也因於4度C三聚水較少,以二聚水為主使得水體積變小、密度變大,也就是熱縮冷脹的現象。


至於0度C的水~0度C的冰 為何在過程中體積會改變?
簡言之就是水的相變從由近程有序變至遠程有序。怎麼說呢! 因為水有氫鍵(氫橋)的關係在(見下圖),


下方為網路截圖:                           A.水之間的鍵結  
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