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gshsheng木虫 (正式写手)
老龚
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[交流]
水是否有晶体的讨论？
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昨天和一个学长讨论冰是否是晶体，还有水如何转变成冰的问题 当时感觉好象知道，但是又说不上来 在摆渡，和谷谷上搜索一下 也不知道是不是这个道理，有没有高人研究这个 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。 水变成冰是一个结晶的问题。在冰的晶体中,水分子的朝向都是确定的、有规律的。而在液态水中,水分子的朝向基本是完全无规律的。在降低温度使水结冰时,我们只是改变了水分子的运动速度,并没有刻意的去排列水分子。 液态水中水分子排布不规则，凝固后，排布变规则了，由于氢键的作用，水分子间形成四面体结构，使得水分子间的空隙变大，所以水变冰后体积增大。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，水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。 同样，氢键的存在也是解释水在4摄氏度时密度最大的原因。 |
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