Bản chất của tính chất quái đản này của nước chính là do nước có liên kết hidro rất mạnh.
Trừ tại nhiệt độ 0 tuyệt đối ( 0 độ Kelvin hay là -273 độ C), mọi phân tử vật chất đều không ngừng chuyển động nhiệt hỗn loạn. Những chuyển động này có xu hướng bứt nguyên tử ra khỏi liên kết của nó với các nguyên tử lân cận. Ví dụ, tại nhiệt độ sôi của nước (100 độ C), nguyên tử có thể bứt ra khỏi nhau và chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí mà chúng ta gọi là hơi nước.
Khi nhiệt độ chất lỏng giảm, chuyển động nhiệt hỗn loạn cũng giảm đi (do động năng chuyển động nhiệt của phân tử tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối). Chuyển động hỗn loạn càng giảm thì thể tích chiếm càng nhỏ. Như vậy thông thường thì khi chuyển pha từ lỏng sang rắn, các chất sẽ co lại chứ không nở ra.
Riêng đối với nước, tại 4 độ C, chuyển động của phân tử giảm tới mức mà liên kết hidro trong nước đã trở nên tối ưu nhất và tương đương với liên kêt hidro tại thời điểm mà nước đóng băng ở 0 độ C. Trạng thái "co lại" tối đa đối với các chất khi chuyển pha lại được hình thành ở nước tại 4 độ C. Như vậy từ 4 độ C tới 0 độ C, các phân tử không còn có thể chuyển động "trượt" qua nhau giống như chúng thực hiện trong pha lỏng thông thường. Không còn có thể cựa quậy, các phân tử này bắt đầu "cảm thấy" lực hút của tương tác hidro giữa nó với những anh bạn "láng giếng". Đây là tương tác giữa nguyên tử hidro trong phân tử nước với nguyên tử hidro của phân tử nước bên cạnh. Chính "cảm giác" mới này đã "gò bó" các phân tử nước để chúng bắt đầu sắp xếp lại một cách có trật tự "ngay hàng thẳng lối" theo cách tinh thể. Càng sắp xếp lại thì từ việc đang bị nén chật ních các phân tử nước càng được giãn ra thêm một chút cho "ngay ngắn" và làm cho nước nở ra. Quá trình tinh thể hoá hoàn thiện ở 0 độ C và là mốc đánh dấu sự chuyển pha của nước từ lỏng thành rắn. Do vậy nước có khối lượng riêng lớn nhất ở 4 độ C và sẽ nở ra từ 4 độ C cho tới khi đóng băng 0 độ C.
Đây chính là một tính chất đặc biệt của nước: khối lượng riêng của nó khi đông thành băng nhỏ hơn khối lượng riêng của nó ở trạng thái nhiệt độ thông thường. Còn lại hầu hết những chất khác sẽ co lại khi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn.
Nguồn: Vatlyvietnam
[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
:M040::M060: