⑴ 物理專業人士講解下，水的反常膨脹
由於反膨脹現象，4度的水密度最大，所以沉到河底。
一般物質是溫度越低體積越小，從而密度越大，而水分子間存在氫鍵，這是一種特定物質中才會有的分子間引力，溫度下降時，水分子間距離減小，達到氫鍵的作用范圍，因此水分子在氫鍵的作用下排列就會規則起來，這就使得水分子不能有效占據空隙，而必須按照特定規則排列，這種作用使得水體積增大。綜合這兩種作用，就可以解釋水的反膨脹現象以及冰的密度比水大的現象了。
⑵ 初中物理，水的反膨脹現象到底是怎麼回事
一般情況是熱脹冷縮，而水的反膨脹是指水在0~4°C之間時是冷漲熱縮的，因為水在4°C時密度最大，體積最小的。
⑶ 為什麼水會出現反常膨脹
在一般情況下，當物體的溫度升高時，物體的體積膨脹、密度減小，也就是通常所講的「熱脹冷縮」現象。然而水在由0℃溫度升高時，出現了一種特殊的現象。人們通過實驗得到了如圖2－3所示的P－t曲線，即水的密度隨溫度變化的曲線。由圖可見，在溫度由0℃上升到4℃的過程中，水的密度逐漸加大；溫度由4℃繼續上升的合過程中，水的密度逐漸減小；水在4℃時的密度最大。水在0℃至14℃的范圍內，呈現出「冷脹熱縮」的現象，稱為反常膨脹。水的反常膨脹現象可以用氫鍵、締合水分子理論予以解釋。
水在攝氏4度時密度最大之謎
多年來，科學家通過理論計算與實驗，一直在進行水的非晶態多樣性研究。水通常在攝氏零度時結冰。但水在攝氏零度以下時也可保持液體狀態，稱作過冷卻水。當過冷卻水到達臨界點以下時就會分離出兩種狀態，既低密度水和高密度水。與此相對應，也存在低密度和高密度兩種非晶態冰。由於水在低溫時易於結冰，也由於沒有非晶態冰之間互相轉移的現存理論，水的非晶態多樣性學說存在很多爭論。其中之一就是兩種密度的非晶態水是否會發生連續轉移。
日本科學家的這項研究，觀察了高密度非晶態冰（HDA）向低密度非晶態冰（
LDA）變化的過程。發現
H
DA在零下158攝氏度以下時整體均一膨脹，在零下158攝氏度時隨著不均一的體積變化迅速向
L
DA轉移。在轉移過程中，出現兩種成分共存狀態，隨著時間推移，
H
DA和LDA逐漸分離。研究證實，低溫下兩種水之間的轉移是不連續的。
科學家認為，這項研究成果是揭開水領域各種問題的重大突破，將對今後過冷卻水等研究產生重大影響，同時將帶動對同溫層中的雲的研究及在冰點下活動的動植物細胞內存在的過冷卻水的研究。如果今後能夠控制這兩種水的臨界點，就可以自由控制水的結晶，對人類控制地球環境和開發生物冷卻保存技術極有價值。
和氫鍵有關
液態水，除含有簡單的水分子(H2O)外，同時還含有締合分子(H2O)2和(H2O)3等，當溫度在0℃水未結冰時，大多數水分子是以(H2O)3的締合分子存在，當溫度升高到3.98℃(101kPa)時水分子多以(H2O)2締合分子形式存在，分子占據空間相對減小，此時水的密度最大。如果溫度再繼續升高在3.98℃以上，一般物質熱脹冷縮的規律即佔主導地位了。水溫降到0℃時，水結成冰，水結冰時幾乎全部分子締合在一起成為一個巨大的締合分子，在冰中水分子的排布是每一個氧原子有四個氫原子為近鄰(兩個共價鍵，兩個氫鍵)，如圖所示。這樣一種排布導致成一種敞開結構，也就是說冰的結構中有較大的空隙，所以冰的密度反比同溫度的水小。
另外，拆散締合分子需要消耗一定的能量，這也足以說明為什麼水有較大的比熱的緣故
這里所說的「締合分子」就是因為氫鍵而形成的。
氫鍵形成的主要原因是陰離子奪取電子的能力很強，使非同分子的氫原子也向它靠近，它是一種比分子間作用力強的多的力，因而可以使很多分子集中在一起，形成超大規模的分子集團，可使物質的融沸點升高。
⑷ 水反常膨脹的原理是什麼
水的反常膨脹現象可以用氫鍵、締合水分子理論予以解釋。
物質的密度由物質內分子的平均間距決定。對於水來說，由於水中存在大量單個水分子，也存在多個水分子組合在一起的締合水分子，而水分子締合後形成的締合水分子的分子平均間距變大，所以水的密度由水中締合水分子的數量、締合的單個水分子個數決定。具體地說，水的密度由水分子的締合作用、水分子的熱運動兩個因素決定。當溫度升高時，水分子的熱運動加快、締合作用減弱；當溫度降低時，水分子的熱運動減慢、締合作用加強。綜合考慮兩個因素的影響，便可得知水的密度變化規律。
在水中，常溫下有大約50％的單個水分子組合為締合水分子，其中雙分子締合水分子最穩定。
多個水分子組合時，除了呈六角形外（如雪花、窗花），還可能形成立體形點陣結構（屬六方晶系）。每一個水分子都通過氫鍵，與周圍四個水分子組合在一起。圖中只畫出了中央一個水分子同周圍水分子的組合情況。邊緣的四個水分子也按照同樣的規律再與其他的水分子組合，形成一個多分子的締合水分子。締合水分子中，每一個氧原子周圍都有——4個氫原子，其中兩個氫原子較近一些，與氧原子之間是共價鍵，組成水分子；另外兩個氫原子屬於其他水分子，靠氫鍵與這個水分子組合在一起。可以看出，這種多個分子組合成的締合水分子中的水分於排列得比較鬆散，分子的間距比較大。由於氫鍵具有一定的方向性，因此在單個水分子組合為締合水分子後，水的結構發生了變化。一是締合水分子中的各單個分子排列有序，二是各分子間的距離變大。
在液態水變成固態水時，即水凝固成冰、雪、霜時，呈現出締合水分子的形狀。此時，水分子的排列比較「鬆散」，雪、冰的密度比較小。
將冰熔化成水，締合水分子中的一些氫鍵斷裂，冰的晶體消失。0℃的水與0℃的冰相比，締合水分子中的單個水分子數目減少，分子的間距變小、空隙減少，所以0℃的水比0℃的冰密度大。用倫琴射線照射0℃的水，發現只有15％的氫鍵斷裂，水中仍然存在有約85％的微小冰晶體（即大的締合水分子）。若繼續加熱0℃的水，隨著水溫度的升高，大的締合水分子逐漸瓦解，變為三分子締合水分子、雙分子締合水分子或單個水分子。這些小的締合水分子或單個水分子，受氫鏈的影響較小，可以任意排列和運動，不必形成「縷空」結構，而且單個水分子還可以「嵌入」大的締合水分子中間。在水溫升高的過程中，一方面，締合數小的締合水分子、單個水分子在水中的比例逐漸加大，水分子的堆集程度（或密集程度）逐漸加大，水的密度也隨之加大。另一方面在這個過程中，隨著溫度的升高，水分子的運動速度加快，使得分子的平均距離加大，密度減小。考慮水密度隨溫度變化的規律時，應當綜合考慮兩種因素的影響。在水溫由0℃升至4℃的過程中，由締合水分子氫鍵斷裂引起水密度增大的作用，比由分子熱運動速度加快引起水密度減小的作用更大，所以在這個過程中，水的密度隨溫度的增高而加大，為反常膨脹。
水溫超過4℃時，同樣應當考慮締合水分子中的氫鍵斷裂、水分子運動速度加快這兩個因素，綜合分析它們對水密度的影響。由於在水溫比較高的時候，水中締合數大的締合水分子數目比較小，氫鍵斷裂所造成水密度增加的影響較小，水密度的變化主要受分子熱運動速度加快的影響，所以在水溫由4℃繼續升高的過程中，水的密度隨溫度升高而減小，即呈現熱脹冷縮現象。
在4℃時，水中雙分子締合水分子的比例最大，水分子的間距最小，水的密度最大。
⑸ 水的反常膨脹是什麼
水的反常膨脹的性質：水在4℃時的密度最大，在4℃以上時，水是熱脹冷縮的，但是，在3.98℃以下卻會出現冷脹熱縮的反常現象，0℃的冰和4℃時水的體積相比，大約脹大了11%.水結冰時的反常膨脹會使水缸凍裂。
注意
締合水分子中，每一個氧原子周圍都有——4個氫原子，其中兩個氫原子較近一些，與氧原子之間是共價鍵，組成水分子；另外兩個氫原子屬於其他水分子，靠氫鍵與這個水分子組合在一起。可以看出，這種多個分子組合成的締合水分子中的水分子排列得比較鬆散，分子的間距比較大。
由於氫鍵具有一定的方向性，因此在單個水分子組合為締合水分子後，水的結構發生了變化。一是締合水分子中的各單個分子排列有序，二是各分子間的距離變大。
⑹ 水的反常膨脹是什麼
水的反常膨脹是在溫度由0℃上升到4℃的過程中，水的密度逐漸加大；溫度由4℃繼續上升的過程中，水的密度逐漸減小；在4℃時，水分子的間距最小，水的密度最大，水的體積最小，所以，水在4℃時的密度最大。水在0℃至4℃的范圍內，呈現出「冷脹熱縮」的現象。
水的反常膨脹的原因：
水的反常膨脹現象可以用氫鍵、締合水分子理論予以解釋。 物質的密度由物質內分子的平均間距決定。對於水來說，由於水中存在大量單個水分子，也存在多個水分子組合在一起的締合水分子，而水分子締合後形成的締合水分子的分子平均間距變大，所以水的密度由水中締合水分子的數量、締合的單個水分子個數決定。
⑺ 水的反常膨脹是什麼
水的反常膨脹是指一般物質由於溫度影響，體積為熱脹冷縮。水的反常膨脹現象可以用氫鍵，締合水分子理論予以解釋。只有在0℃到4℃的范圍內的水才顯示出反常膨脹的現象來，在4℃時，水中雙分子締合水分子的比例最大，水分子的間距最小，水的密度最大。
水的反常膨脹概括
水的反常膨脹特性，保證了水中的動植物，能在寒冷季節內生存下來。這里還應注意到，冰在冷卻時與一般物質相同，也是縮小的，受熱則膨脹，只有在0℃到4℃的范圍內的水才顯示出反常膨脹的現象來。
水的反常膨脹，使水成為固態時，是從水面開始的，並將水面以外的低溫與水下相隔離，使冰面以下的水體溫度大大高於水面以外的氣溫，既保證了水不會全部成為固態需要有足夠的水深和水體面積，也保證了水下生態系統繼續正常運行，確保水生物的生存。