Khi nước nóng lên từ 0 đến 4oC, tỉ trọng của nó tăng. Nó chỉ bắt đầu giãn nở khi nhiệt độ của nó tăng vượt quá 4oC.
Tính chất khác biệt này của nước gắn liền với cấu trúc nguyên tử của nó. Các phân tử nước chỉ có thể tương tác theo một kiểu: mỗi phân tử nước chỉ có thể nhận duy nhất bốn phân tử láng giềng có tâm khi đó tạo thành một tứ diện. Tương tác này mang lại một cấu trúc dạng viền, dễ vỡ biểu hiện tính giả-kết tinh của nước. Tất nhiên, chúng ta có thể nói tới cấu trúc của nước, như với mọi chất lỏng khác, chỉ ở mức trật tự gần. Với khoảng cách tăng dần tính từ phân tử đã chọn, trật tự này sẽ chịu sự biến dạng dần dần do sự bẻ cong và sự gãy vỡ của các liên kết liên phân tử. Khi nhiệt độ tăng, liên kết giữa các phân tử bị đứt thường xuyên hơn, nên càng lúc càng có nhiều phân tử với những liên kết chưa bị chiếm giữ chứa những khoảng trống của cấu trúc tứ diện và, do đó, mức độ giả-kết tinh giảm. Cấu trúc kiểu viền của nước là một chất giả kết tinh vừa nói ở trên giải thích một cách thuyết phục sự dị thường của những tính chất vật lí của nước, nhất là tính kì lạ của sự giãn nở nhiệt của nó. Một mặt, sự tăng nhiệt độ làm tăng khoảng cách trung bình giữa các nguyên tử của một phân tử do sự tăng dao động nội phân tử, tức là phân tử hơi “phình ra” một chút. Mặt khác, sự tăng nhiệt độ làm phá vỡ cấu trúc kiểu viền của nước thành ra dẫn tới sự co cụm dày đặc hơn của các phân tử. Hiệu ứng thứ nhất (dao động) sẽ dẫn tới sự giảm tỉ trọng của nước. Đây là hiệu ứng thường gặp gây ra sự giãn nở nhiệt của các chất rắn. Hiệu ứng thứ hai, hiệu ứng phá vỡ cấu trúc, thì trái lại, nó làm tăng tỉ trọng của nước khi nóng lên. Trong lúc đun nước lên 4oC, hiệu ứng cấu trúc chiếm ưu thế và do đó tỉ trọng của nước tăng lên. Tiếp tục đun nóng thêm thì hiệu ứng dao động bắt đầu chiếm ưu thế và do đó tỉ trọng của nước giảm.
Cảm ơn bạn nhìu nhìu nha # Trần Hoàng Sơn
