Comencemos con hielo sólido (0 ℃): cuando una determinada masa de hielo está en estado sólido (0 ℃), todas las moléculas de agua se asocian para formar una estructura tetraédrica con grandes espacios, por lo que se forma una estructura tetraédrica con grandes espacios. la densidad es menor y el volumen es mayor. Cuando el hielo se calienta y se funde en agua, algunos enlaces de hidrógeno en las moléculas de agua asociadas se rompen y el volumen se reduce. Dado que se necesita parte de la energía para superar la fuerza de unión para realizar el trabajo, la energía potencial entre las moléculas aumenta. De hecho, sólo alrededor del 15% de los enlaces de hidrógeno se rompen en agua a 0°C. Alrededor del 85% de las grandes moléculas de agua asociadas todavía están presentes en el agua. Si continúa calentando agua a 0 °C, a medida que aumenta la temperatura del agua (aproximadamente 0 °C a 4 °C), las grandes moléculas de agua asociadas se convierten gradualmente en pequeñas moléculas de agua asociadas o moléculas de agua individuales. En este momento, el agua asociada. Moléculas Durante la descomposición, aún es necesario superar el trabajo para superar la fuerza de unión, por lo que la energía potencial total entre las moléculas aumentará. Estas pequeñas moléculas de agua asociadas o moléculas de agua individuales se ven menos afectadas por los enlaces de hidrógeno y pueden disponerse y moverse arbitrariamente. No pueden formar una estructura "permeable", por lo que el volumen total de agua se reduce. A medida que aumenta la temperatura del agua, por un lado, la proporción de moléculas de agua asociadas con números de asociación pequeños y moléculas de agua individuales en el agua aumenta gradualmente y el volumen de agua disminuye en consecuencia. La energía potencial total entre moléculas aumenta. A medida que aumenta la temperatura (más de 4 °C), el movimiento térmico de las moléculas de agua se acelera, lo que hace que aumente la distancia promedio entre las moléculas individuales, que aumente el volumen y que aumente la energía potencial molecular (en este momento, el cambio en La energía potencial molecular está relacionada con la expansión térmica y el enfriamiento del objeto. El principio del lapso de tiempo es el mismo). En el proceso de 0°C a 4°C, la tendencia del volumen de agua a disminuir causada por la rotura de los enlaces de hidrógeno de las moléculas de agua asociadas es mayor que la tendencia del volumen de agua a aumentar causada por la aceleración de el movimiento térmico de las moléculas, por lo tanto, a 0°C Dentro del rango de ~4℃, el volumen de agua disminuye con el aumento de la temperatura, mostrando una expansión anormal, pero su energía potencial intermolecular total aumenta. Esto se debe a la superación de la unión. Fuerza entre moléculas de agua asociadas para realizar un trabajo. Cuando la temperatura del agua es superior a 4°C, el agua se expande debido a la expansión y contracción térmica.
En general, cuando la temperatura de un objeto de una determinada masa (sólido o líquido) aumenta, su energía potencial molecular aumenta independientemente de cómo cambie el volumen. No podemos simplemente juzgar si la energía potencial de una molécula aumenta o disminuye debido al cambio de volumen de un sólido o un líquido. Debemos analizar la causa del cambio de volumen para captar la esencia del problema y permitir que los estudiantes comprendan por qué la temperatura. del objeto aumenta. La energía potencial debe aumentar.