冰是怎么形成的?

冰是怎么形成的?

自然界中的水 ，具有气态、固态和液态三种状态。液态的我们称之为水，气态的水叫水汽，固态的水称为冰。冰的熔化热是3.35×10^5J/kg 水是一种特殊的液体。它在4℃时密度最大。温度在4℃以上，液态水遵守一般热胀冷缩规律。4℃以下，原来水中呈线形分布的缩合分子中，出现一种象冰晶结构一样的似冰缔合分子，叫做"假冰晶体"。因为冰的密度比水小，“假冰晶体”的存在，降低了水的密度，这就是为什么水在4℃时密度最大，低于4℃密度又要减小的秘密。 到目前为止，已经能够在实验室里制造出八种冰的晶体。但只有天然冰能在自然条件下存在，其它都是高压冰，在自然界不易存在。 天然冰中水分子的缔合是按六方晶系的规则排列起来的。所谓结晶格子，最简单的例子是紧密地堆砌的砖块，如果在这些砖块的中心处代之以一个假设的原子，便得到了一个结晶格子。冰的晶格为一个带顶锥的三棱柱体，六个角上的氧原子分别为相邻六个晶胞所共有。三个棱上氧原子各为三个相邻晶胞所共有，二个轴顶氧原子各为二个晶胞所共有，只有中央一个氧原子算是该晶胞所独有。冰与水 由于水分子间有氢键缔合这样的特殊结构所决定的。根据近代X射线的研究，证明了冰具有四面体的晶体结构。这个四面体是通过氢键形成的，是一个敞开式的松弛结构，因为五个水分子不能把全部四面体的体积占完，在冰中氢键把这些四面体联系起来，成为一个整体。这种通过氢键形成的定向有序排列，空间利用率较小，约占34％、因此冰的密度较小。水溶解时拆散了大量的氢键，使整体化为四面体集团和零星的较小的“水分子集团”(即由氢键缔合形成的一些缔合分子)，故液态水已经不象冰那样完全是有序排列了，而是有一定程度的无序排列，即水分子间的距离不象冰中那样固定，H2O分子可以由一个四面体的微晶进入另一微晶中去。这样分子间的空隙减少，密度就增大了。 温度升高时，水分子的四面体集团不断被破坏，分子无序排列增多，使密度增大。但同时，分子间的热运动也增加了分子间的距离，使密度又减小。这两个矛盾的因素在4℃时达到平衡，因此，在4℃时水的密度最大。过了4℃后，分子的热运动使分子间的距离增大的因素，就占优势了，水的密度又开始减小。