Почему вода при нагревании расширяется и при замерзании расширяется ?

Question

При сильном нагреве расширяется, это боле мене ясно почему так происходит. Но почему переходя в твердое состояние (лёд) она тоже расширяется ?

Answer 1

Интересной особенностью воды является то, что при нагревании от 0 до 4 (3, 98 — точно) °C вода сжимается. Благодаря этому могут жить рыбы: когда температура падает ниже 4 °C, боле холодная вода, как мене плотная, остаётся на поверхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура.

У воды есть и другие особенности: высокая температура и удельная теплота плавления и кипения (по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом) ; высокая теплоёмкость и низкая вязкость жидкой воды; вода, в отличие от других веществ, при замерзании расширяется. Вода практически несжимаема.

Все эти особенности обусловлены водородными связями. Поскольку в молекуле воды 2 атома водорода отдают по одному электрону атому кислорода, атом кислорода получает отрицательный заряд, а атомы водорода — положительный. Благодаря этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода — каждый в одной, а атом кислорода — в двух. При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотне; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4 °С этот эффект слабе, чем обычное тепловое расширение; при испарении рвутся все оставшиеся связи.

Answer 2

Замерзая и кристаллизуясь, атомы водорода и кислорода образуют кристаллическую решетку с расстояниями между собой боле дальним, чем в "плотно упакованной" смеси молекул воды.
В результате объем одной и той же массы льда - увеличивается примерно на 9 % по сравнению с той же массой воды, сответственно - плотность льда - ниже.