【迷你实验室】为什么水结冰后体积会变大呢？

文：唐姝怡

如果我现在问你一个问题，你呢准确并快速的回答我么？

——你了解水吗？

水，一种很常见的物质。自然中的水是气态、液态、固态并存的。很奇妙对吧。那么这一次的【迷你实验室】我们就用身边的小尝试来进行一下水的探究。

一． 准备用具

一个杯子（注意不要是瓷杯或是玻璃的）、适量水。

二． 设计步骤

①用杯子装水至杯身的三分之二。【因为家里杯子都是玻璃的，所以只好找了一个小盆子】

②将这个杯子放入冰箱中3个小时。

③观察变成冰后水的体积变化。

三． 开始实验

① 将杯子装好水。

② 把这个杯子放在冰箱的冷冻室中。

③ 3小时后取出来，虽然还没完全成冰，体积的确比冻之前变大了。

四．实验思考

为什么会有这样的结果呢？我尝试着用化学知识来解决。

水是由水分子构成的，分子的特性就是在不断地运动且温度越高，分子的运动速率越快、体积和质量都很小、分子间有间隔。

水分子在不断的运动，且遇冷时运动的速率越来越慢，于是，水分子之间的相互作用就会越来越强，那各个水分子之间的距离就会越来越小，这样说来，水分子的体积不就该变小了吗？怎么会变大呢......

用物理知识推测：已知水的密度为1.0×100000kg/m³，冰的密度为0.8×100000m³。假设现在水有24g，那么我们可以运用密度公式ρ=m/v的变形v=m/ρ来求。【m质量；v体积】我们所求得，水的体积为24m³，冰的体积为30m³，这样来说，物理知识和化学知识就有所冲突了。

五、实验原理

看来依靠自己已有的知识是无法解释这个问题的。我上网搜寻了这个问题的原因（原理）并稍加整理，如下：

水是一种很特殊的物质，它的物理性质、化学性质都很特别，主要是由于水分子的结构造成的。一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成，但三者不在一条直线，而是以氧原子为中心形成的一个键角为105°的三角形。在相对于两个氢原子相反方向上有两个带负点的电子云，他们可以吸引相邻水分子的氢核，形成“氢键”。当水结冰时，一个水分子通过氢键的作用会将邻近的四个水分子吸引在周围形成六角形结构，再层层相叠形成冰晶，这样的排列使水在从液态变成固态时表现为体积胀大。

当然，还有一点：在固态、液态、气态这三种状态中，固态的分子间隔最小，气态最大。所谓的“热胀冷缩”就是由于分子受热运动速率加快，间隔变大所引起的，“冷缩”则相反。

六、结束语

看来，生活中的这些看似简单的小问题背后却隐藏着这么多神奇的秘密呢。在查阅资料的时候，我也了解到，水分子的这一特性是非常重要的。如果水的固态密度比液态密度大的话，那么冬天的时候，河、湖和海底部的水就会先结冰，那么生长在水底部的生物就无法生存了。

所以生活中的科学很奇妙，对吧？

七、引用资料

引用资料来自罗湖教育网站。

【写在后面】

很早就想写一篇关于化学知识的【实验室】，这一次，选择的物质是水。文章也提到了，水分子由氢原子、氧原子构成，所以其化学式为H2O。水分子的这一特性，你知道了吗？^_^