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2.14: 水的状态
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水的状态
 

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2.14: 水的状态

水以三种主要状态存在:固态(冰)、液态和气态(蒸汽)。水所处的状态取决于将水分子拉到一起的分子间作用力以及将水分子拉开的动能。

当分子间作用力大于动能时,水就会结冰。与大多数其他物质不同,水在固态时的密度比在液态时的密度小。这是因为每个水分子都能与四个分子结合,形成一个间隔的四面体组织。水的这种特性使冰能够漂浮。如果没有浮冰,水体会自下而上结冰,杀死水生生物。

当动能以热的形式作用于冰时,冰融化成液态水。在这种状态下,水分子之间的键不断断裂并再次形成。当冰融化时,水的温度保持在熔点,直到整个体积变成液体。只有到那时,水温才会升高到超过熔点。

当动能超过分子间作用力时,液态水(甚至冰)变成气体。从液态水中产生蒸汽的过程叫做蒸发。动能的增加可以发生在样品内部,如沸腾时,也可以发生在水蒸发时的表面。直接从固体中产生气体而不首先经过液相的过程叫做升华。这种转变依赖于低气压,增加了动能的影响。

当动能下降时,蒸汽可以转变成液体,这一过程称为冷凝,或者直接转变成固体,这一过程称为沉积或分解。冷凝导致下雨,沉积导致下雪。

在寻找其他生物相容性行星的过程中,水的存在是一个重要的特征,特别是液态的,因为地球上的生命起源于水。Enceladus是土星的一颗被冰覆盖的卫星,其南极有水柱或间歇泉。这一现象最初引起了很多关于Enceladus 在冰下是否有液态水的争论,因为人们发现Enceladus的羽流同时携带着蒸汽和冰。然而,月球围绕土星的轨道和其他线索表明Enceladus中存在一个巨大的液态海洋,这使得土卫二可能适合生命存在。


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