水反常膨脹的原理是什么

水的反常膨脹現象可以用氫鍵、締合水分子理論予以解釋。

物質的密度由物質內分子的平均間距決定。對于水來說，由于水中存在大量單個水分子，也存在多個水分子組合在一起的締合水分子，而水分子締合后形成的締合水分子的分子平均間距變大，所以水的密度由水中締合水分子的數量、締合的單個水分子個數決定。具體地說，水的密度由水分子的締合作用、水分子的熱運動兩個因素決定。當溫度升高時，水分子的熱運動加快、締合作用減弱；當溫度降低時，水分子的熱運動減慢、締合作用加強。綜合考慮兩個因素的影響，便可得知水的密度變化規律。

水溫超過4攝氏度時，同樣應當考慮締合水分子中的氫鍵斷裂、水分子運動速度加快這兩個因素，綜合分析它們對水密度的影響。由于在水溫比較高的時候，水中締合數大的締合水分子數目比較小，氫鍵斷裂所造成水密度增加的影響較小，水密度的變化主要受分子熱運動速度加快的影響，所以在水溫由4攝氏度繼續升高的過程中，水的密度隨溫度升高而減小，即呈現熱脹冷縮現象。在4攝氏度時，水中雙分子締合水分子的比例最大，水分子的間距最小，水的密度最大。