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Oberhalb des absoluten Nullpunkts von 0 K bewegt sich jedes Atom, auch wenn es zu einem festen Stoff verbunden ist. Diese Bewegung ist von der Temperatur abhängig; wird es wärmer, nimmt die Bewegung zu, wird es kälter, verhalten sich auch die Moleküle träger. Bis zu einer bestimmten Temperatur, beim Wasser 0 °C, liegt ein Stoff in in fester Form vor; die Atome bewegen sich sowenig, daß ein fester Stoff vorliegt, die Atome liegen in Kristallgittern vor. Dieser Punkt wird auch als Festpunkt oder beim Wasser als Gefrierpunkt bezeichnet. Ab einer bestimmten Temperatur bewegen sich die Teilchen so stark, daß sie in den gasförmigen Zustand übergehen. Dieser Punkt wird als Verdampfungspunkt, oder beim Wasser auch als Siedepunkt, bezeichnet.
. Jedes Atom bewegt sich. Diese Bewegung ist abhängig von Temperatur und Druckverhältnis.
Wasser bildet aufgrund der Anziehung eines Wasserstoffatom mit dem Sauerstoffatoms eines anderen Wassermoleküls sog. Wasserstoffbrücken. Diese Brückenbildung ist abhängig von der Bewegung der Teilchen.
. Da die Bewegung der Teilchen von der Temperatur abhängig ist, ist auch die Wasserstoffbrückenbildung abhängig von der Temperatur.
Bei einer Temperatur von 4 °C (bei Normaldruck und auf Meereshöhe) ist die Bewegung optimal, so daß sich die Wassermoleküle aufgrund der Brückenbildung eng aneinander schmiegen. Die Dichte des Wasser beträgt bei dieser Temperatur 1 g/cm³. Unterhalb dieser Temperatur bewegen sich die Moleküle sowenig, daß gelöste Brücken nicht schnell genug wieder verbunden werden können. Die Dichte des Wasser beträgt daher unter 0 °C 0,9168 g/cm³, bei genau 0 °C 0,9999 g/cm³.
Ab 4 °C nimmt die Dichte wieder ab, da die Bewegung so groß ist, daß Wasserstoffbrücken schnell wieder gelöst werden.
Die Dichtezunahme beim Verfestigen läßt sich wie folgt erklären:
Beim Gefrieren bildet sich aus den losen, nur über Wasserstoffbrücken verbundenen Wassermoleküle ein weitmaschiges, mit zahlreichen Hohlräumen durchsetztes Kristallgitter, das mehr Platz einnimmt, als die Einzelmoleküle.
Im Folgenden eine Liste verschiedener Dichten des Wassers bei verschiedenen Temperaturen (jeweils in g/cm³ und bei Normaldruck in Meereshöhe):
0°C 0,9168; 1°C 0,9999; 4°C 1,0000; 10°C 0,997; 15°C 0,9991; 20°C 0,9982; 25°C 0,9971; 100°C 0,9584)
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