关于水结冰体积膨胀问题

题目

关于水结冰体积膨胀问题
大家都知道水结冰体积会变大 那如果我把水放在很坚固的容器里然后降温那么体积会变大吗 或是不能形成冰 我可以一直降温那么不管多么坚固的容器都会涨破吗

答案

这是分子力与分子运动的问题.水是能“屈服”容器而成冰的.
水冻结过程实际上是由于热传递而使水的分子运动减弱的过程.水分子的运动减弱最后结成冰.由于冰的分子空间比水的体积大,所以冰的体积比水的大.通常情况下,在0～-4度的区间内,冰的体积随温度的下降而膨胀. 这是讨论的前提.
水分子在冻结的过程中,只要热传递过程不断,水分子的运动就会不断的减弱.因此,即使装水的容器空间有限,以致使水不能得到通常成为冰的体积,也不能阻止水分子运动的减弱.即水在降温的过程中如果仅仅只有体积的限制,仍然能成为冰.
成为冰的过程中,如果体积受到限制,就会有冰的分子力与容器承受力的矛盾.冰的应该体积与实际体积的差额决定冰分子被压缩的多少,也决定分子力的多少.冰的分子力遵守分子力变化规律（参见高中物理书本）,是十分惊人的,但并不是什么都能克服的.只要有足够坚固的容器,容器是不会被撑破的.
可见,冰形成的过程是分子运动减弱的过程,容器坚硬与否不能阻止；冰体积的压缩是相对的,容器可以阻止.
需要指出的是,在这种情况下,水形成冰需要的能量用于两方面：（1）水通常情况下形成冰的能量（2）冰被压缩所需要的能量.后者需要的能量是相当惊人的,以致会让人误认为“那如果把水放在很坚固而有限的容器里然后降温是不能形成冰的”.其实是可以形成冰的,但在形成冰的过程同时也是对水（或冰）压缩的过程,只是后一个过程需要的能量相当大而矣.