Wprowadzenie:

Anomalna rozszerzalność wody jest trudnym problemem dla fizyków, jej badania zarówno doświadczalne jak i teoretyczne stale się toczą. Uważa się, ze wiązania wodorowe odgrywają ważną rolę w tym zjawisku.

Odpowiedź uproszczona:

Cząsteczki wody są powiązane ze sobą wiązaniami wodorowymi, w których atomy tlenu sąsiadujących cząsteczek łączą się za pośrednictwem atomu wodoru jednej z tych cząsteczek. Takie wiązania prowadzą w idealnym przypadku do wytworzenia otoczenia cząsteczki wody w kształcie czworościanu foremnego z cząsteczkami wody w wierzchołkach. Wzrost temperatury (nasilanie się drgań termicznych) psuje tę idealną strukturę, co umożliwia upakowanie większej liczby cząsteczek w jednostce objętości, czyli prowadzi do zwiększenia gęstości.

Jednocześnie ze wzrostem temperatury wiązanie wodorowe się wydłuża, co skutkuje zmniejszeniem gęstości wody.

Poniżej 4 stopni pierwszy efekt przeważa, co objawia się wzrostem gęstości wody czyli anomalną rozszerzalnością. Powyżej 4 stopni przeważa wydłużanie się wiązań i rozszerzalność staje się normalna – gęstość maleje przy wzroście temperatury.