Debido a que las moléculas de agua son moléculas altamente polares, se pueden combinar en moléculas asociadas (múltiples moléculas de agua unidas entre sí) a través de enlaces de hidrógeno. El agua líquida contiene no sólo moléculas de agua simples (H2O), sino también moléculas asociadas. La densidad de una sustancia está determinada por la distancia promedio entre las moléculas de la sustancia. Cuando el agua no se congela a 0°C, la mayoría de las moléculas de agua existen como moléculas asociadas de (H2O)3. Cuando la temperatura aumenta a 3,98 °C (101 kPa), las moléculas de agua existen principalmente en forma de moléculas de agua bimoleculares asociadas (a medida que la temperatura del agua aumenta de 0 °C a 4 °C, la densidad del agua aumenta debido a la rotura del hidrógeno). enlaces de las moléculas de agua asociadas) El efecto es mayor que el efecto de reducir la densidad del agua causado por la aceleración del movimiento térmico molecular, por lo que en este proceso, la densidad del agua aumenta con el aumento de la temperatura)
Artículo científico: ¿Por qué aumenta el volumen del agua cuando se congela?
En general, los objetos se expanden con el calor y se contraen con el frío, es decir, para un mismo objeto, "la densidad del sólido debe ser mayor que la del líquido", mientras que para el agua ocurre lo contrario. La razón tiene que ver con la química. Cuando el agua se congela y forma hielo, su masa permanece sin cambios porque la densidad del hielo disminuye, por lo que su volumen aumenta. La densidad del agua es muy alta, pero la densidad del hielo es muy baja. Después de la congelación, la brecha intermolecular aumenta, pero la masa total permanece sin cambios, por lo que el volumen aumenta. La densidad del agua es 1 y la densidad del hielo es 0,9.