什么东西能热缩冷胀?
我们都知道，自然界的物质绝大多数遵循“热胀冷缩”的规律，少有例外。例外的有一种
是水。水在4度时密度{zd0}，4度之下就是反常膨胀，是“热缩冷胀”了。而到冰，密度就
只有0.9。这意味着，冰将会浮在水面。
另外还有:
热缩冷胀的金属——锑
锑是一种银灰色的金属，它总共有四个“孩子”，人们见到次数最多是老大，名字叫“灰锑”。它还有三个小“弟弟”，依次是黄色的黄锑、黑色的黑锑和容易爆炸锑。
不过，这三个小弟弟的化学“性格”都不稳定。黄锑比较喜欢低温，温度一超过摄氏零下八十度，它就不能活下去，于是变成了黑锑。而黑锑只要一加热就会变成人们常见的灰锑。至于爆炸锑，更是不得了，只要你用一个硬东西碰一碰它，就会“火冒三丈”，同时放出大量的热，很快变成灰锑。
锑有一个反常的脾气——热缩冷胀。大家知道，一般的物体都是热胀冷缩，然而，液态的锑在冷却凝固时，体积反而更大了。
过去，人们利用锑的这个怪脾气，制成了铅字。在溶化了的铅字合金中加入一些液态的锑，然而把混合起来的熔液倒入铜模里冷却凝固，固态的铅字合金的体积就会增大一些，从而使每一个细小的笔划都十分清晰地凸现出来。不仅如此，加入锑后，还能使铅字合金更加坚硬、耐磨。
叫错了的名称
锑在地壳中的含量很少，约为百万分之一。所以在国外它常被人们称为稀有元素。
然而在我国却有大量的锑矿。锑应该说是我国的丰产元素。在湖南、两广和云贵等省，都有大量的锑矿，特别是湖南省新化县锡矿山的锑矿储量{zd0}。
真是奇怪，分明产的是锑矿，为什么却叫做锡矿山呢？
原来，这儿的锑矿是辉锑矿，有着锡一般的金属光泽，它的化学成分是三硫化二锑。其中含有五分之一的锑，早在明朝时，当地的居民就发现山上有锑矿，不过，由于当时锑还没有被人们发现，而且这种矿石看上去又很像银，所以人们就把它误以为是锡矿，因此把整个山叫作“锡矿山”，这个名字一直沿用到今天。
其实，无论锡也好，锑也好，它们都是工业生产上的“生力军”，都能为人们服务，名字换不换是无所谓的。
在什么温度下，水会热缩冷胀
水在一个标准大气压下，4摄氏度以下才热缩冷胀，4摄氏度以上符合热胀冷缩的规律。
实验表明，水在4℃以上，仍然是遵循热胀冷缩规律的，从4℃以下，即4℃到0℃间才发生反常膨胀。水在4℃时，体积最小，密度{zd0}。因而冰的密度略小于水的密度。所以可以浮在水面上。
反常膨胀的原因 水的反常膨胀现象，原因是水分子具有特殊的结构，但对水分子结构的研究，现代科学上还没有统一的认识，因此对水的密度的反常变化的原因还没有统一的解释方法，现在介绍常见的几种解释方法以供参考。
1．“晶体结构”论：为了介绍水的反常膨胀，有必要先介绍冰的晶体结构。在冰的晶体结构中，水分子（即冰晶体的分子）以一定的方向排列在晶体点阵内，每个水分子都被另外四个分子所包围，这四个水分子形成一个四面体（三角形锥体），水分子间相互作用力的性质使得在冰的晶体中水分子的排列一定是这种形式，这种排列方式是比较松散，体积较大，如果在冰中的水分子不象这样排列，而一个连着一个排列得很密，那时同样质量的冰的体积将会缩小。
用x射线研究液态水的结构时，发现在低温的液态水中在一定的程度上还保留着冰的四面体的结构，就是说在低温的液态水中有着非常微小的冰的结晶。根据推算，在接近0℃时的水约包含着0.60%的这种微晶体，当温度逐渐升高时，这种微晶体逐渐地被破坏。因为这种微晶体具有象冰一样的晶结构，它的体积比同质量水的体积大，所以这种微晶体逐渐地被破坏，它的体积就逐渐变小，因而密度逐渐变大。反过来说，它的温度从4℃降到0℃时，这种微晶体逐渐增加，体积逐渐变大，密度逐渐缩小，出现反常膨胀。但水的温度高于4℃时，水分子的热运动使得分子间的距离增加，体积变大，密度变小，所以说水在4℃时的密度{zd0}。
2．“极性分子”论：
原来水是由很多不断运动着的水分子组成的。根据实验和近代理论研究的结果，知道在水分子的两端产生了带有两个相反的电荷，一端带正电荷，一端带负电荷。如图4所示：在逐渐升高到4℃以上时，水分子的动能大了，运动速度加快了，吸引在一道的两个分子，渐渐拆开为单个分子，运动的范围也扩大了，这时候水的密度也渐渐变小了。
3．“分子的谛合”论：
水的反常膨胀现象和水在不同状态的结构有关。实验事实证明，无论是液态或固态的水都含有由简单分子结合而成的复杂分子(H2O)2。
这种结合过程称为水分子的谛合。
液态水，除了含有简单的水分子(H2O)外，同时还含有谛合分子(H2O)2和(H2O)3。由于谛合是放热过程，所以温度低水的谛合程度也随之增高，即n值变大。当温度为0℃时，水便结合冰，全部水分子谛合在一起。在冰的结构中，每个氧原子与4个氢原子相连接成四面体，所以冰的结构中有较大的空隙，因而冰的密度比水小，比水轻。
水在4℃时密度{zd0}的原因，可能是在0℃的液态水中仍保持有一些非常微小的同冰的结构相似的谛合分子所致。当加热时，一方面这种冰结构的谛合分子继续被破坏，变成较紧密的排列而使密度上升变大；另一方面水分子的热运动增强，水分子间距离增大又会使密度随温度上升变小。在4℃以下{dy}种效应占优势，在4℃以上第二种效应占优势。所以只有在4℃时，密度{zd0}。
有没有热缩冷胀的物质
在自然界中，绝大多数物质是“热胀冷缩”的，但也有极少数物质，如锑、铋、镓等金属和在0℃-4℃之间的水，具有遇热收缩，受冷膨胀的现象。
我们知道，在零度时的水凝结成冰时，它的体积会胀大1/10，而水结成冰体积膨胀时，会产生很大的力量。
水的反膨胀现象，给我们带来一些好处。江河湖海里的水在结冰时，因为水的体积膨胀，比重比水小，总是浮在水面上；而水到了4℃，密度{zd0}，总是沉在下面。这样，冰块就成了一层xx的防寒屏障，使江河湖海不至于一冻到底，使大量的水下生物得以生存。
在生产和生活中，人们还巧妙地利用水结冰时体积膨胀的特性为我们所用。例如，把需要加工形成的材料做成简单的容器，灌满4℃的水，放在欲成型的模腔里，然后使它急剧冷却。当容器里的水受冷结冰时，体积膨胀，巨大的胀力能把材料挤压到模型里去形成需要的形状。这种成型的方法称之为“冷冻成型法”。
热胀冷缩与热缩冷胀
爱打乒乓球的人都知道，不小心把乒乓球弄瘪了，没有关系，用开水烫烫就会使瘪的地方鼓起来。大概许多人都知道这其中的奥秘，这是由于乒乓球里的空气热后体积膨胀，把原来瘪的地方顶起来，乒乓球就修复好了。气体不仅有受热膨胀的特性，而且遇冷还会收缩呢，这就是平常人们所说的热胀冷缩。
自然界中许许多多的物体都具有热胀冷缩的性质，物体的这种性质给人们的生活带来了许多方便，也带来了一些麻烦。比如，往自行车的车把上套塑料套时，先用热水烫一下塑料套，再往车把上套，由于热膨胀，就比较容易地将塑料套套上车把。过一会儿，塑料套遇冷收缩，就能紧紧地套在车把上了。而烧开水时，水壶里的水如果灌得太满，受热后体积膨胀，水会从壶里溢出。因此就要想办法防止热胀冷缩造成的危害。比如：夏天架电线时要架得松一些，以防止冬天电线遇冷收缩时绷断；冬天铺设铁轨时，铁轨间要留有一定的空隙，也是为了防止夏天铁轨受热膨胀使衔接处凸起来，容易发生火车出轨事故；为了使桥梁有膨胀和收缩的余地，在桥梁上同样也要设置伸缩缝，以防止发生翘曲；夏天不要把自己内胎的气打得太足，防止空气受热膨胀，使内胎爆裂，也是同样的道理。
尽管大部分物体具有热胀冷缩的性质，但是不同材料的物体热胀冷缩的程度不相同。物体的这种性质在生活中给我们提供了帮助，把煮热的鸡蛋放在冷水中泡一泡，由于蛋壳和鸡蛋白的收缩程度不一样，就可以使两者脱离，剥的时候也就很容易了。在相同条件下，气体膨胀得最多，液体膨胀得较多，固体膨胀得最少。知道了这个道理，对人们的生产和生活都是很有用的。在建筑上，广泛采用的钢筋混凝土，就是选用热胀冷缩程度差不多的钢材和混凝土材料，才能保证建筑物的牢固性。
在我们的生活中，物体热胀冷缩的例子数不胜数，但并不是所有的物体都是热胀冷缩的。比如夏天我们为了快速冰镇一下啤酒，可以将啤酒放在冰箱冷冻室中，但如果时间太长，啤酒瓶就会炸裂。这是由于在玻璃瓶冷缩的同时，啤酒中的水结冰后体积膨胀所造成。这与烧水时水受热膨胀的情况恰好相反，如何解释这种现象呢？
自然界中有少数物质的脾气很古怪，它们不是热胀冷缩，而是热缩冷胀，也叫反常膨胀。温度4℃以下的水就具有这种非同寻常的特性。水在4℃时的密度{zd0}，体积最小。温度逐渐下降时，它的体积反而在逐渐增大，结成0℃的冰时，它的体积不是缩小而是胀大，大约比原来要增大1／10。
由于4℃的水密度{zd0}，所以在北方寒冷的冬天里，河面结了厚厚的一层冰，但在冰层的下面，水温总保持在4℃左右，这为水中生物提供了生存的良好环境。
水的这种反常膨胀的特性可以为人们所利用，如别具风味的冻豆腐菜，就是使豆腐中的水结冰后，体积膨胀把豆腐中原来的小孔撑大。当冰融化后，水从一个一个的小孔中流出来，豆腐里就留下了无数个小孔，整块豆腐呈泡沫塑料状，这样，冰豆腐经过烹调后，小孔里盛满了汤汁，吃起来味道就非常鲜美。
我国人民很早就知道并利用了水的这种反常膨胀特性来开采石料。寒冷的冬季，往石缝中注上水，等水冻成冰后，由于体积膨胀，就把石头撑得四分五裂，这样开采起来就既省力又能提高效率。
但是水的反常膨胀有时也给人们的生活带来了一些麻烦。比如在冬天，室外的自来水管常常会由于管中的水结冰而被撑裂；汽车司机在冬天的晚上收车后，常常要把水箱里的水放掉，以防止水箱冻裂。因此，北方的冬季特别要做好保暖防冻措施。
另外，某些固态物质也存在着反常膨胀现象，“铅”就是其中的一种，人们正是利用了它的这种特性（凝固后膨胀）而使铅字更清晰的。
