4 ° C es la temperatura a la cual la densidad del agua es más alta (bajo presión atmosférica estándar)
El agua, como el amoníaco y el etanol, forma enlaces de hidrógeno . Los enlaces de hidrógeno son fuertes atracciones entre átomos de hidrógeno parcialmente positivos y átomos de oxígeno parcialmente negativos. Esto es comprensible ya que los cargos opuestos se atraen.
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Cuando las cargas similares, por ejemplo, oxígeno y oxígeno, se juntan, se repelen, giran y se enfrentan con sus cargas opuestas. Así, la fuerza repelente es insignificante cuando el agua está por encima de 4 ° C.
Sin embargo, cuando el agua se enfría a 3 ° C o menos, las moléculas de agua pierden energía cinética. Cuando las cargas se repelen, las moléculas de agua ya no tienen la capacidad de girar para evitar la repulsión. Por lo tanto, la fuerza repulsiva empuja las moléculas de agua lejos una de la otra, disminuyendo la densidad del agua.
En conclusión, la densidad disminuye a más de 4 ° C porque las moléculas de agua ganan más energía cinética y se separan más. La densidad también disminuye bajando de 4 ° C porque las moléculas ya no tienen la energía para evitar las fuerzas repulsivas causadas por los enlaces de hidrógeno. Por lo tanto, las moléculas se separan unas de otras, causando una caída en la densidad.
—Gt. Yuhan Zhang (Orgulloso estudiante de Química de nivel A)
