水与冰

南山翠竹发布于2019-03-19 18:07 点击:765 评论:1

300多年前，人类就注意到水在4摄氏度密度最大。对此的科学解释，却一直未见。

近来有人用X射线研究液态水的分子状态，发现液态水在一定程度上保留着非常微小的冰的晶体。而在4摄氏度以下最为明显。

据某种计算方法推算，零度的水居然含有87%以上的"假冰晶体"，学名叫做"似冰缔合分子"，仍然具有流动性，呈液态。此时的水或可看作一种”悬浊液“，只是不浊，透明而已。或者看做一团润滑状态的冰。

似冰缔合分子具有冰的分子排布结构，因此占据体积大，所以4摄氏度以下的水密度偏小。在4度以下，温度愈高，假冰晶体越少，所以热缩冷胀注意不是热胀冷缩。

即使在4度以下，热胀冷缩的机理还在起作用，只是假冰晶的作用占主导地位。在4度以上，仍然有假冰晶体，不过热胀冷缩效应为主。因此4摄氏度是两个效应的平衡点。

混凝土中的粘接剂水泥，有效成分是含水结晶体加热后失水的粉末，遇水后重新结晶成为含水的晶体，并粘结其周围。混凝土结晶硬化时会放热，称为水化热。水化热可加速水泥的强化过程。（但是对大体积混凝土，不能散热，可能导致中心温度接近100摄氏度。需要考虑散热）。

根据经验：入模温度如果低于5摄氏度，则硬化过程停止，也没有水化热产生，因此混凝土不会强化。工程规范规定：混凝土浇筑温度为5到35摄氏度。规范是根据工程经验和试验结果而制定的。

5度以下的混凝土不会强化，也许与水中含有大量冰晶有关。

另外，上述这种计算水中的假冰晶数量的算法，是根据形成似冰缔合分子的氢键的键能18.8kj/mol，以及冰的熔化热5.0kj/mol之比而得来的。计算中假设熔化热全部用来打破冰的氢键，只能打破13%（5.0/18.8）的氢键。

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