Чому щільність води максимальна при +4 градусах за Цельсієм?

Це пов'язано з унікальним будовою молекули води: вона полярна і може утворювати т. Н. водневі зв'язки з іншими молекулами, при цьому атом водню однієї молекули виявляється пов'язаний з атомом кисню іншої молекули. З цієї причини в твердій фазі (лід) кожна молекула води утворює зв'язки з 4 сусідами (2 по атомам водню і 2 по атому кисню), формуючи структуру, схожу на тетраедр. При плавленні льоду з підвищенням температури водневі зв'язки слабшають, міжмолекулярні відстані скорочуються - щільність води збільшується. Це з одного боку. З іншого - зростання температури означає більш інтенсивне коливальний рух молекул, що призводить до збільшення відстані між ними, т. Е. Зменшення щільності речовини. Ось ці два протилежні процеси і врівноважуються при температурі близько 4 градусів (насправді трохи менше): в діапазоні від 0 до 4 переважає перший процес (зростання щільності за рахунок розриву водневих зв'язків), від 4 градусів і вище - другий (падіння щільності з -за посилення коливань молекул).