在学理化时一定都听过“热胀冷缩”这个名词,但是你知道自然界除了热胀冷缩外,竟然有些物质是“热缩冷胀”!且还有物质同时拥有热胀冷缩、热缩冷胀,快来看看吧~
首先,让我们先了解热胀冷缩的意义,顾名思义就是一个物质受热时会膨胀,受冷时会收缩,那反过来则是热缩冷胀,即是受热时收缩,受冷时膨胀啰!
这里讲一下体积的概念,体积其实可以分成两个部分:
1.物质中每个小分子本身的大小。
2.物质中每个小分子本身的活跃程度,越活跃的小分子所需要的空间就越大,所以体积就会越大;越不活跃的小分子所需空间就越小,体积就越小。
回归主题,用一个简单的概念叙述热胀冷缩就是,每个物质中的小分子在接受到热时,会更活跃,导致小分子不想安分地待在原本位置上,比较想要向各个方向活动,所以物质的体积就会变大!反之,热缩冷胀就是小分子接受到热反而更不活跃,比较想要睡觉(?)。所以活动的幅度较原先小,体积自然就会缩小!
讲完原理后,大家应该可以理解,生活中大部分物质都是热胀冷缩,只有极少物质是热缩冷胀的。那这极少物质有哪些呢?有:锑(Sb)、铋(Bi)、镓(Ga)、青铜和水(H2O)等。
锑(Sb)、铋(Bi)、镓(Ga)因为有热缩冷胀的性质,使之应用在印刷工业上。早期印刷书刊的铅字,因为铅本身热胀冷缩的特性,导致在浇铸后,印出来的字会模糊不清而且不耐磨。这时在铅里面混和一些锑、铋、镓,可以有效的改善不清晰的问题同时又更耐用,可谓一举两得。
青铜则是因为热缩冷胀的性质,使之成为一理想的雕塑材料,因为其受热后会收缩,所以在浇铸过后,雕像的棱角反而会更加突出、美观。
再来就是大家再熟悉不过的“水”,水看似平凡,其实可是有很大的不平凡之处呢!因为水同时有热胀冷缩和热缩冷胀,正因水拥有这样的特质,海洋生物才能安然地生活,那么水为什么如此神奇呢?
这里可以用一个简单的例子说明,当水面的温度由5℃到4℃时,此时水是热胀冷缩的,因为4℃的密度较大,所以在水面的水会往下沉,水底的水往上跑,类似一个混和过程。当水面的温度由4℃降至3℃时,此时水是热缩冷胀的,所以水面的水密度较小,自然会维持在水面,不会像是5℃到4℃时的混和。这个过程会持续至0℃,此时水面的水开始结晶,变成固态的冰;而水底的水因为没有混和关系,仍然在接近4℃的温度,故结冰会从水面开始先结晶而非水底!
由上述例子可以知道正因为水的热缩冷胀,生活在水里的生物才不会因为结冰的关系而冻死在水里,关于热胀冷缩、热缩冷胀,是不是觉得很有趣呢!