冰具有四面體的晶體結(jié)構(gòu).這個四面體是通過氫鍵形成的,是一個敞開式的松弛結(jié)構(gòu),因為五個水分子不能把全部四面體的體積占完,在冰中氫鍵把這些四面體聯(lián)系起來,成為一個整體.這種通過氫鍵形成的定向有序排列,空間利用率較小,約占34％、因此冰的密度較小.
水溶解時拆散了大量的氫鍵,使整體化為四面體集團(tuán)和零星的較小的“水分子集團(tuán)”(即由氫鍵締合形成的一些締合分子),故液態(tài)水已經(jīng)不象冰那樣完全是有序排列了,而是有一定程度的無序排列,即水分子間的距離不象冰中那樣固定,水分子可以由一個四面體的微晶進(jìn)入另一微晶中去.這樣分子間的空隙減少,密度就增大了.
同樣,氫鍵的存在也是解釋水在4攝氏度時密度最大的原因追問：
氫原子與電負(fù)性的原子X共價結(jié)合時,共用的電子對強(qiáng)烈地偏向X的一邊,使氫原子帶有部分正電荷,能再與另一個電負(fù)性高而半徑較小的原子Y結(jié)合,形成的X—H┅Y型的鍵.