水什么時候體積最大

　　　水時我們的生命之源,沒有水世界上所有的生物就就無法存活,所以我們現在要注意保護我們身邊的淡水資源。那么水在什么時候體積最大，讓我一起進入學習啦了解更多。

　　水在4攝氏度的狀態下體積最大

　　正象凝結核必須首先存在水蒸汽才能從超飽和空氣中得以凝結一樣，冰結核也必須首先存在水滴才能在低溫下冷凍。冰結核的數量比凝結核的數量稀少得多，而且空氣越冷，冰結核就越少。空氣很少能夠每立方英寸包含0.06個以上的冰結核(0.004cm)，在華氏-20度(攝氏-29度)左右的溫度下，也許會少于每立方英寸0.0006個冰結核(大約在1，700立方英寸或27，863立方厘米中才有一個冰結核)。

　　純土壤顆粒是常見的冰結核，火山灰和植物所釋放的混合物也同樣常見，但是，一旦冰晶開始形成，它們會促進水在它們身上結凍。微小的冰晶是最好的冰結核。然而，即使冰結核出現，空中飄動的水滴在氣溫降到華氏32度(攝氏0度)的時候也不會轉化為冰。在華氏15度(攝氏-9度)，一片云仍然幾乎完全由水滴組成。當氣溫降至華氏-4度(攝氏-20度)以下，冰晶開始在數量上超過了水滴。而且，只有溫度降至華氏-4度(攝氏-20度)以下，云才完全由冰晶組成，但是就是這樣也有例外的時候。在冰結核缺乏的情況下，水滴可以保持到到華氏-40度(攝氏-40度)，然后它們會自動結冰。

　　水變成冰體積變大，是因為液態水中水分子之間存在著較強的氫鍵作用力。它比分子間的作用力(范得瓦耳斯力)大得多。當水處于液態時，在氫鍵力的作用下，水分子靠近，在宏觀上就表現為體積小。而變為固體時，水變為晶體，分子排列有了規律，氫鍵的作用力削弱，宏觀的表現為體積變大。 大多數的液體變為固體都是體積變小，因為分子在物體固態時排列較緊密。但是有一類除外，就是在液態時分子間存在氫鍵的物質除外。 水和其他物質不一樣，其他物質都是熱脹冷縮，固態一定比液態的體積要小，但水不一樣。

　　本質原因是因為水的氫鍵使水和其他物質不同。冰具有四面體的晶體結構。這個四面體是通過氫鍵形成的，是一個敞開式的松弛結構，因為五個水分子不能把全部四面體的體積占完，在冰中氫鍵把這些四面體聯系起來，成為一個整體。這種通過氫鍵形成的定向有序排列，空間利用率較小，約占34%、因此冰的密度較小。

　　水溶解時拆散了大量的氫鍵，使整體化為四面體集團和零星的較小的“水分子集團”(即由氫鍵締合形成的一些締合分子)，故液態水已經不象冰那樣完全是有序排列了，而是有一定程度的無序排列，即水分子間的距離不象冰中那樣固定，水分子可以由一個四面體的微晶進入另一微晶中去。這樣分子間的空隙減少，密度就增大了。同樣，氫鍵的存在也是解釋水在4攝氏度時密度最大的原因。

　　分子排列方式在此時達到最緊密 300多年前，人類就已知道水在4攝氏度時密度最大這一現象。雖然這一現象僅僅是由于水的分子結構造成的，但對于水的這種特性，人們至今仍不能作出科學的解釋。 日本科學家通過實驗證實，在低溫條件下兩種非晶態冰之間存在不連續性轉移。在低溫情況下，低密度水和高密度水呈完全不同的形態。這項研究不僅首次解釋了水在攝氏4度時密度最大的現象，而且在生態系統、水溶液系統等與水有關的領域有廣泛的研究與應用價值。該成果發表在《自然》雜志上。 多年來，科學家通過理論計算與實驗，一直在進行水的非晶態多樣性研究。水通常在攝氏零度時結冰。但水在攝氏零度以下時也可保持液體狀態，稱作過冷卻水。當過冷卻水到達臨界點以下時就會分離出兩種狀態，既低密度水和高密度水。與此相對應，也存在低密度和高密度兩種非晶態冰。由于水在低溫時易于結冰，也由于沒有非晶態冰之間互相轉移的現存理論，水的非晶態多樣性學說存在很多爭論。其中之一就是兩種密度的非晶態水是否會發生連續轉移。

　　日本科學家的這項研究，觀察了高密度非晶態冰(HDA)向低密度非晶態冰( LDA)變化的過程。發現 H DA在零下158攝氏度以下時整體均一膨脹，在零下158攝氏度時隨著不均一的體積變化迅速向 L DA轉移。在轉移過程中，出現兩種成分共存狀態，隨著時間推移， H DA和LDA逐漸分離。研究證實，低溫下兩種水之間的轉移是不連續的。 科學家認為，這項研究成果是揭開水領域各種問題的重大突破，將對今后過冷卻水等研究產生重大影響，同時將帶動對同溫層中的云的研究及在冰點下活動的動植物細胞內存在的過冷卻水的研究。如果今后能夠控制這兩種水的臨界點，就可以自由控制水的結晶，對人類控制地球環境和開發生物冷卻保存技術極有價值 密度最大，當同等質量，體積就最大了。