Все мы знаем, что вода, превратившаяся в лед, расширяется. Но расширяться она начинает при охлаждении ниже 4 °С. А вот если взять воду комнатной температуры и охлаждать ее вплоть до 4 °С, то объем воды будет уменьшаться.
Последнее явление связано с тем, что при охлаждении молекулы воды всё слабее и слабее барабанят друг по дружке. Из-за этого они не разлетаются на большие расстояния и соседствуют покучнее, занимая меньше объема.
С расширением всё сложнее. Молекула воды состоит из одного атома кислорода с отрицательным зарядом и двух атомов водорода с положительным зарядом. Если представить себе атомы кружочками, то в молекуле воды они будут выстроены не в линию, они образуют уголок (примерно 104°).
Вдобавок кислород сильно перетягивает к себе электроны от водородов. Всё это приводит к тому, что одна сторона молекулы воды более положительная, а другая – более отрицательная. Говоря научно, молекула воды – диполь.
Пока вода жидкая все ее молекулы беспорядочно сталкиваются друг с другом, бултыхаются. Их заряженность никак не проявляется. Но вот, когда температура воды приближается к нулю градусов, движение ее молекул сильно-сильно затихает. И тут происходит магия: отрицательная часть одной молекулы воды подстраивается под положительную часть другой.
А мы помним, что молекула воды – уголок, и вот встает множество уголков враскоряку в причудливые цепочки. Т.е. способ укладки молекул воды продиктован не стремлением к снижению объема, а желанием отрицательных сторон взяться за руки с положительными. Это приводит к тому, что среднее расстояние между молекулами в воде, превращающейся в лед, немного подрастает и ей требуется занять больший объем.
В общем вода – странная. Мало того, что мокрая, так еще и ведет себя непредсказуемо.