冰是固體，直觀上，它應(yīng)該比液體重，放在水上會(huì)下沉。因?yàn)榇蠖鄶?shù)物質(zhì)都是如此，但水是一個(gè)例外。它的氫鍵和固態(tài)實(shí)際上使它比液態(tài)時(shí)更輕。水在 4 攝氏度時(shí)的密度最高。此外，冰的重量約為水體積的 90%，因此，90% 的冰在水下，其余的在水上。

當(dāng)化合物處于固態(tài)時(shí)，與該化合物處于液態(tài)時(shí)相比，單個(gè)分子更緊密地堆積在一起，因此固態(tài)比液態(tài)更致密。為什么水不是這種情況？

冰的密度低于水的原因與氫鍵有關(guān)。眾所周知，水是由一個(gè)氧原子和兩個(gè)氫原子組成的。它們通過(guò)非常牢固的共價(jià)鍵連接。然而，另一種類型的鍵也在不同的水分子之間形成，稱為氫鍵，它更弱。這些鍵的形成是因?yàn)閹д姷臍湓颖桓浇肿拥膸ж?fù)電的氧原子吸引。當(dāng)水變暖時(shí)，分子非?；钴S，四處移動(dòng)，并迅速形成和破壞與其他水分子的鍵。他們有能量推近彼此并快速移動(dòng)。

當(dāng)水開(kāi)始結(jié)冰時(shí)，水分子形成有序的晶體結(jié)構(gòu)。通常，當(dāng)水是液態(tài)時(shí)，單個(gè)水分子可以相互移動(dòng)，相反的電荷相互吸引。然而，當(dāng)水結(jié)冰時(shí)，水分子的方向會(huì)導(dǎo)致相同的電荷相互排斥。這意味著水分子在結(jié)冰時(shí)會(huì)被推開(kāi)，從而降低冰的總密度。由于分子被推開(kāi)，結(jié)冰的水實(shí)際上會(huì)膨脹。當(dāng)結(jié)冰的水膨脹時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生向外推的力。這就是為什么容器和其他物體在水結(jié)冰時(shí)會(huì)破裂的原因。

冰浮對(duì)地球生物的意義

如果冰不漂浮在水面上，地球上的生活將相當(dāng)困難。例如，當(dāng)水體在寒冷地區(qū)結(jié)冰時(shí)，只有表層結(jié)冰，而在冰層以下，水仍然以液態(tài)形式存在。這是因?yàn)楸≡谝簯B(tài)水上，通過(guò)形成厚厚的冰層，將下方的液態(tài)水隔絕。如果冰比液態(tài)水密度大，它就會(huì)沉到水底，整個(gè)水體就會(huì)從下往上完全結(jié)冰。這將使海洋生物無(wú)法在寒冷地區(qū)生存，我們的星球也難以維持穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。

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