在我们的生活中,几乎是最常见的东西就是水,可对于这东西,如果我们站在物理化学的层面上去分析,然后你就会发现,其实水是一种很神奇的物质。
水的化学组成是两个氢跟一个氧,硫化氢的则是两个氢跟一个硫,而二氧化碳的则是一个碳跟两个氧,对这三种物质的化学组成,稍微运用一下我们的一些理化常识,然后你是否会发现,水跟硫化氢跟二氧化碳,甚至是跟其他的由氢、氮、氧、硫等所组成的一些最简单的小分子化学物质在常温下所呈现出来的状态是不一样的。
除了水之外,其它的均为气态,这最能说明的问题或许就是水在这个时候应该也是气态才对的吧,可是为什么它偏偏那么另类?为什么会是液态?
不管怎么样,其实我们不得不承认,就是因为水这另类的状态才能使得它成为生命之源,成为生命均需依托它而存在的最神奇的物质。
不说可能你没有意识到,世界上,水是自然界中唯一一种能以固、液、汽三种物理状态同时存在的物质。即是在标准大气压下,低于0℃的水为固态,高于100℃的为气态,而介于这两个温度之间的为液态。
水之说以能常温下不像其他的相似的化学组成的物质那样呈现出常规的气态,这主要是水分子中的氢键的功劳。
如果你对水一点都不了解的话,那么根据常规的经验,也许你会认为组成水分子的两个氢跟一个氧的结构方式是一个氧原子处在中间,而两个氢原子对称地分布在氧原子的两边的,因为理论上只有这样了,水分子的内部受力才能更稳定,可如果真是这样的话,那么常温下的液态水就不可能存在了。
因为那样对称的分布会抵消掉水分子内部电极性上的不平衡,从而使氢键消失。
那么,水是怎么在不同的温度之下进行转化的呢?
比如说,水凝结成冰,或者是水蒸发成气,这其中到底都发生了什么?
要了解这个,其实我们可以从液态水说起,水之所以能在常温下呈现出液态,而不是气态,这是由于常温之下水分子间受到了氢键牵引的缘故。
水分子与水分子之间被电磁力吸附到了一起,同时由于水分子是具有一定的能量的,它们虽然被电磁力给黏住了,但是它们还是可以依靠着自身的热能在水体系中自由移动的。
所以说,水分子能在水体系中自由移动的状态,其实这也就成就了水的液态,而水的气态呢?
我们说水的液态是因为氢键将一大堆的水分子牵引到一起的结果,那么水的气态实际上就是氢键断裂了。
水被加热到100℃后,温度就无法再升上去了,这是因为继续给水加热的能量大多都被用来拉断水分子间的氢键了,水分子间的氢键断裂之后,它们失去了水体系的束缚而蒸发到空气中,这时候由于水分子间的距离被大大的拉大,所以氢键也就失去了牵引的作用,而使得水蒸气不能再在空中呈现出液态,除非它们在温度较低的环境下相撞,然后再次被氢键牵引到一起。
说完了水的液态与气态,那么水的固态,也即是冰,这是个什么样的情况呢?
我们都知道热胀冷缩,即是物体越是受热就越是会膨胀,反之受冷则会收缩,可是,几乎所有人都知道的一个事实是,同等质量下,比水的温度还低的冰,在体积上却异常的比水还大,这到底是是怎么回事呢?
实际上,这到底还是氢键的问题。氢键能将水分子牵引到一起,而当水的温度低至零度以下是,水分子的所拥有的动能就无法再挣脱氢键而自由移动了,这时候的水分子完全的受到了氢键的摆布而大家一起像手拉着手一样的构建出一个庞大的晶体架构来。
正是因为水分子被氢键固而无法移动了,所以它才呈现了水的固体,也就是冰出来。那么还有一个问题就是,为什么冰的体积会增大呢?
其实啊,这体积增大的原因是水分子在受氢键牵引而排列成有序的晶体形状的时候,失去了自由的水分子也就没办法再自由地填充水分子间的那些小小的缝隙所导致的。
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