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1799年12月，人们用一立方分米4℃水的质量确立了“千克”这一重量单位。 之所以选择4℃，是因在水在这一温度时具有最大的密度。 这有悖于我们熟知的物质“热胀冷缩”的规律。 今天我们就来探究一下，为什么水会有这么“倔强”的特性…… ↓↓↓视频很短↓↓↓  图文版  我们身边的物体普遍都有热胀冷缩的性质。 在温度降低时，构成物质的分子或原子会逐渐安定下来，彼此逐渐接近。 这样物质的体积就会变小，而密度会变大。 但并不是所有物质都会严格遵守这个规律，比如水： 在0-4℃时，水的体积会随着温度降低而增大，也就是”热缩冷胀“。 这是因为水分子之间存在着有方向性的氢键。 当水分子在低温下逐渐安定时，一些水分子会通过氢键和其它四个水分子连接成类似冰的结构，这时水分子间的平均距离反而比混乱时更远。 随着温度的降低，越来越多的水分子趋向于形成这种有秩序的结构。 最终在某一个临界温度，这种趋势取代了原本的“热胀冷缩“，主导了水在整体上的体积变化。 而这个临界温度，大约就是4℃。 水的这个特性有一个很重要的意义： 在冬天的冰面以下，4℃的水密度大，会沉在下层，而温度更低的水因为密度更小，会浮在更贴近冰面的位置。 这阻碍了水的上下对流，导致冰面不能快速向下生长。 水中的生物也因此得以在冬天生存下来。 ————————————————————— |
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