回复科学聊天室：水的反常膨胀现象：热缩冷胀
科学聊天室
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水在0-4℃之间是热缩冷胀，在4-100℃之间则是热胀冷缩。 这种现象可以用氢键、水分子结合来解释，水分子由一个氧原子和两个氢原子组成，氢原子和相邻水分子的氧原子靠近时又会形成氢键。氢键具有方向性，这样水分子在排列时会有一定的距离和相对方位。当水结冰后，水分子之间用氢键连接形成冰晶格，导致冰体积变大，密度变小。而当温度开始上升的时候，氢键断裂体积变小，可是热运动也随之加剧（这会使体积变大），两种影响相互竞争，在4℃时达到平衡。也就是在4℃以下，氢键影响占主导地位（热缩冷胀），而在4℃以上是热运动占主导地位（热胀冷缩）。 这个可以解释在冬季为什么湖底温度比湖面高，冬季气温下降，若水温在4℃以上时，上层的水冷却，体积缩小，密度变大，于是下沉到底部，而下层的暖水就升到上层来。冷水跟暖水不断地交换位置，整体水温逐渐降低。这种热的对流现象持续到水温度都达到4℃时停止。水温再持续降低时，上层水反膨胀密度变小，冷水就留在了水面直至0℃时结冰。当冰封水面之后，水的冷却就完全依靠水的导热方式来进行热传递。而水的导热性能很差，所以湖底温度基本稳定在4℃左右。
