水的反常膨胀

由于温度的影响，一般物质的体积随着热而膨胀，随着冷而收缩。然而，也有一些热收缩和冷膨胀物质，如水，锑，铋，铁水等。，这在一定条件下与上述情况完全相反。实验表明，当水在0℃加热到4℃时，其体积不会增加而是减少。当水温高于4℃时，其体积会随着温度的升高而膨胀。因此，在4℃时，水的体积最小，密度最大。在湖的水面上，当冬季气温下降时，如果水温高于4℃，上层的水冷却下来，体积缩小，密度增加，沉入水底，而下层的温水上升到上层。这样，上层冷水和下层温水不断交换位置，整体水温逐渐降低。这种热对流现象只能持续到所有水的温度达到4℃。当水温降至4℃以下时，上层的水反而膨胀，密度降低，因此冷水层停留在上层，继续冷却，直到温度降至0℃，上层冷水层形成冰。上述阶段热交换的主要形式是对流。当水面结冰时，水的冷却完全依靠水的热传导来进行热传递。由于水的导热性差，湖底的水温保持在4℃左右。水的这种异常膨胀确保了水中的动物和植物能够在寒冷的季节生存。还应该注意到，当冰冷却时，它和普通物质一样，也会收缩。加热时，它会膨胀。只有0℃至4℃范围内的水显示出异常膨胀。

很久以前，我们的人民已经了解了冻结膨胀的原理，并将其用于开采石头:在冬天，他们用水填充岩石的裂缝，让水冻结和膨胀，将巨大的岩石撕裂，并迅速捡起大量的石头。

近年来，一种巧妙的新技术——“冷冻成型”已经出现在工业生产中，这也是冷冻膨胀原理的应用。根据零件的形状，用坚固的金属制作一个凹的阴模和一个凸的阳模，将待加工的金属板放在两个模具的中间，在大约4℃的温度下用水填充阳模和密封壳体之间的空间，然后将设备冷却到0℃以下。这时，由于水在体积上冻结和膨胀，产生的巨大的力将凸模压向凹模，并将金属板压成一定的形状。

豆腐原本光滑细腻。为什么冷冻后看起来像泡沫？豆腐内部有许多小孔。这些小孔大小不同。有些是相互连接的，有些是封闭在小“容器”里的。这些小孔充满了水。我们知道，0℃到4℃的水具有热收缩和冷膨胀的特性。当孔中水的温度从4℃下降到0℃时，其体积膨胀，比常温下的水的体积大10%左右。当豆腐的温度降到0℃以下时，豆腐中的水分冻结，原有的气孔被冰扩大，整个豆腐被挤压成网状。当冰融化成水并从豆腐中流出时，留下了无数的洞，使得豆腐看起来像泡沫塑料。冷冻豆腐被煮熟，汤被倒进这些洞。它不仅吃起来有弹性，而且美味可口。

冰冻也会给人们带来伤害。它可以打破水箱，并打破自来水管道。因此，当冬天来临时，有必要及时保暖和防止冰冻。

锑，一种热收缩和冷膨胀金属

锑是银灰色金属。它总共有四个“孩子”。人们最常看到它。它的名字叫“灰色锑”。它还有三个小“弟弟”，其次是黄色锑、黑色锑和爆炸性锑。

然而，三个弟弟的化学“性格”是不稳定的。黄色锑喜欢低温。当温度超过零下80℃时，它就不能生存，从而变成黑色锑。然而，黑色锑一旦加热就会变成普通的灰色锑。至于爆炸性的锑，那就更糟了。如果你用坚硬的物体触摸它，你会“气炸”并放出大量的热量，这些热量很快会变成灰色的锑。

锑有异常的回火-热收缩和冷膨胀。众所周知，普通物体受热膨胀，遇冷收缩。然而，当液态锑冷却并凝固时，其体积会变大。

过去，人们用锑的奇怪脾气来制作铅字。向熔融的合金中加入一些液态锑，然而，将混合的熔融物倒入铜模中冷却并凝固，固态合金的体积将增加，从而使每一个微小的冲程都清晰地突出。不仅如此，锑的加入还能使该合金更加坚硬和耐磨。