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2018-10-02
盛夏酷暑，人们喝水时常喜欢往里面加点冰块，以求快速降温。可是放进水里的冰块并没有快速融化或者沉入底部，而是静静地浮在水面上，这是为什么呢？
物体较“轻”时会浮在水面上，这里所说的“轻”并不是重量、体积，而是与浮力相关的密度。密度与浮力关系为：若ρ物体<ρ水，则物体漂浮（上浮）；若ρ物体=ρ水，则物体悬浮；若ρ物体>ρ水，则物体沉底（下沉）。因为冰的密度比水小，所以根据密度与浮力关系可知，冰会浮在水面上。
根据诺贝尔化学奖获得者鲍林提出的“氢键”概念——水和冰都是由水分子构成的，每个水分子又由两个氢原子和一个氧原子构成。一个水分子中的氢原子与另一个水分子中氧原子产生的静电吸引力就叫做氢键。但当液态的水在凝固成冰时，分子间的相互作用力使分子按一定的规则排列，冰中的每个水分子都会被相邻的四个水分子包围。由于氢键的方向性要求，水分子不能做到紧密堆积，整个冰的结构是六方或四方晶体，分子间具有较大的缝隙，空间利用率较小,从而导致冰的密度比水更小。而在液态的水中，分子的排列比较混乱，不像冰中的分子排列得那么有规律。液态水中的氢键被拆散，水分子可以由一个四面体的微晶进入到另一微晶中去,因此液态水的密度就比冰块大了。
对多数人来说，水和冰只是流动的液体和静态的固体。但在微观层面上，水的结构一直是个谜。中国科学院院士王恩哥曾在相关采访中说过：“水分子之间是经由氢键相互连接而形成的一个复杂的网络状结构，而氢键的结构条件比较灵活，在常温下就能轻易地引起反应、变化，并且还具有动态可逆的特点，对外部环境的刺激也有着独特的响应特性，这就使得水的结构在受到氢键的影响而不断地发展变化。” 不少专家也表示，到目前为止，还没有任何研究能准确地判定出一个水分子的周围究竟存在几个水分子才能与之形成氢键。科学永不止步，关于水分子的奥秘，还需要我们继续探索。
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作者： 蒋丽雯 [责任编辑: 钟艳平] |
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