水和冰在冷却过程中的质量密度与声子频率弛豫动力学
化学物理
2013-10-08 v3 软凝聚态物质
摘要
H-O 共价键（用“-”表示）中成键电子对与 O 的非键电子对（“:”）之间的库仑排斥，以及整个氢键 (O:H-O) 中 O:H 段与 H-O 段的比热差异，被证明决定了 O:H-O 键角-长度-刚度弛豫动力学以及水和冰的密度异常。比热较低的部分更容易被冷却激活，作为“主”并收缩，同时迫使比热较高的“从”通过库仑排斥伸长不同的量。在液相和固相中，O:H 范德华键作为主，显著变短变硬，而 H-O 键略微变长变软（声子频率是键刚度的度量），导致 O:H-O 冷却收缩和看似“正常”的冷却致密化过程。在水-冰转变相中，主和从互换角色，导致冻结过程中 O:H-O 伸长和体积膨胀。在冰中，O--O 距离比水中长，导致密度更低，因此冰漂浮。
引用
@article{arxiv.1210.1634,
title = {Mass-density and Phonon-frequency Relaxation Dynamics of Water and Ice at Cooling},
author = {Chang Q. Sun},
journal= {arXiv preprint arXiv:1210.1634},
year = {2013}
}
备注
under review