Вода в отличие от прочих веществ при замерзании не сжимается, а расширяется (примерно на 10%). Как отмечалось ранее, объем воды при повышении температуры от 0 до +4°С уменьшается, а при дальнейшем повышении температуры увеличивается, поэтому она имеет наибольшую плотность не при 0, а при +4°С.

Известно также, что при повышении давления температура замерзания воды не повышается, как у большинства тел, а понижается.

Наличие аномалий у воды указывает на сложность ее внутреннего строения, так как максимальную плотность при +4° можно объяснить только перегруппировками молекул, происходящими в ней при изменении температуры.

Одной из особенностей строения молекул воды является несимметричное расположение атомов водорода вокруг атома кислорода: они расположены не на прямой, проведенной через центр атома кислорода, а почти под прямым углом, точнее под углом 105°.

Если бы этот угол равнялся 109°, то молекулы замерзшей воды соединились бы в кубическую решетку, подобную кристаллам алмаза. Такая структура воды обусловливает несимметричность распределения электрических Зарядов в молекулах воды. При этом незначительные размеры ядра атома водорода по сравнению с кислородом позволяют ему углубиться в сферу электронных оболочек атома кислорода.

Следовательно, молекула воды представляет собой комбинацию из двух ядер атома водорода и одного атома кислорода, расположенных в углах равнобедренного треугольника (с ядром кислорода в его вершине) и погруженных в электронное облако, состоящее из 10 электронов (8 электронов кислородных и 2 водородных), при общем радиусе молекулы 1,38∙10^-8 см (рис. 11).

Рис. 11. Проникновение ядер водорода в электронную оболочку кислорода.

В молекуле воды электроны, связывающие атомы, несколько смещены в сторону одного из атомов, в результате возникает асимметрия отрицательных зарядов в молекуле; электрические центры тяжести положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Поэтому молекулы воды имеют два полюса - положительный и отрицательный, которые создают вокруг молекулы силовые ноля; такие молекулы называют диполями.

Дипольный момент у молекул воды (произведение расстояния между электрическими центрами тяжести положительных и отрицательных зарядов в молекуле на величину заряда) больше, чем у молекул других веществ, что объясняется их особыми свойствами, например способностью растворять многие вещества. У молекул воды по сравнению с молекулами большинства других веществ расстояние между центрами положительных и отрицательных зарядов наибольшее, поэтому вода обладает наиболее сильно выраженными полярными свойствами.

Молекулы воды из-за особенностей их строения и существования вокруг них силового поля обладают способностью притягивать другие молекулы. Это является главным для воды как растворителя.