Парадокс воды

Хотя кажется, что расширение воды противоречит отношениям температуры и объема, как описано выше, это не так. Среднее расстояние между охлаждающимися молекулами продолжает уменьшаться при снижении температуры, так как кинетическая энергия уменьшается, как и ожидалось. Но происходит физическое, а не тепловое расширение, так как молекулы воды образуют кристаллическую структуру. Когда атомы водорода и кислорода образуют связи, они разделяются на пары, причем одна сторона молекулы воды получает немного более высокий положительный заряд, чем другая. В результате молекулы действуют как треугольные магниты, у которых одна сторона электростатически отрицательная, а другая — положительная.

В жидком состоянии эти электростатические полюса притягивают заряженную сторону смежных молекул и жидкость немного сжимается. Когда жидкость начинает изменять состояние на твердое, молекулы перестраиваются, образуя кристаллическую структуру с более низкой энтропией. Твердая структура нарушает электростатическое притяжение между молекулами, так как связывает их. Расстояние между молекулами в кристаллической структуре немного больше, чем в жидком состоянии, объем воды увеличивается при изменении состояния на твердое. Если бы не эта структура, объем воды был бы больше, чем объем равной массы льда, как у других веществ.