反膨脹

圖1

反膨脹：水在0℃—4℃之間具有反膨脹特性。4℃時，密度最大(1.00g/cm3)；冷到0℃結成的冰，密度反而減小(0.92g/cm3)也就是說熱縮（指4℃）冷漲（指0℃），密度隨溫度變化曲線圖如圖1

原因 ：主要由分子排列決定。 由於水分子有很強的極性，能通過氫鍵結合成締合分子。液態水，除含有簡單的水分子(H2O)外，同時還含有締合分子(H2O)2和(H2O)3等，當溫度在0℃水未結冰時，大多數水分子是以(H2O)3的締合分子存在，當溫度升高到3.98℃(101kPa)時水分子多以(H2O)2締合分子形式存在，分子占據空間相對減小，此時水的密度最大。如果溫度再繼續升高在3.98℃以上，一般物質熱脹冷縮的規律即占主導地位了。水溫降到0℃時，水結成冰，水結冰時幾乎全部分子締合在一起成為一個巨大的締合分子，在冰中水分子的排布是每一個氧原子有四個氫原子為近鄰(兩個共價鍵，兩個氫鍵)，如圖2所示。這樣一種排布導致成一種敞開結構，也就是說凍的結構中有較大的空隙，所以凍的密度反比同溫度的水小。