Ao estudarmos os conceitos que englobam os conteúdos de Termologia vimos que vários objetos (tanto sólidos quanto líquidos) têm suas dimensões e seus volumes aumentados quando sofrem aumento em sua temperatura. Mas, dependendo da substância, podemos nos deparar com o processo inverso, no qual, conforme se aumenta a temperatura, o objeto tem suas dimensões reduzidas.
Em alguns países, o período de inverno é bastante intenso, com temperaturas constantemente abaixo de 0º C. Essa baixa na temperatura provoca o congelamento de rios, lagos, lagoas e água de encanamentos. Sendo assim, para que a água dos encanamentos não congele e estes se rompam, os moradores desses lugares deixam as torneiras gotejando. Em função do pequeno fluxo, a água não congela.
Pois bem, como dito anteriormente, certas substâncias ou objetos, ao terem sua temperatura elevada, dilatam-se; já outras substâncias, como a água, quando têm sua temperatura variada de 0ºC a 4ºC, contraem-se, constituindo uma exceção ao caso geral. Pode-se explicar o fenômeno da anomalia da seguinte forma:
A substância sólida possui átomos de oxigênio, que se unem aos átomos de hidrogênio através do que chamamos de ponte de hidrogênio. Como consequência da união de átomos de hidrogênio e oxigênio, surgem, entre as moléculas, grandes espaços vazios, fazendo com que o volume externo seja aumentado.
Quando aquecemos a água de 0ºC a 4ºC ocorre um rompimento nas moléculas, fazendo com que elas ocupem os vazios que existiam. Portanto, com essa ocupação de espaço vazio ocorre uma diminuição no volume. Mas quando aquecemos a água de 4ºC a 100ºC, ela passa a dilatar-se normalmente.
Vejamos os diagramas abaixo, onde temos o comportamento do volume e da densidade em função da temperatura. No primeiro caso, podemos ver que de 0°C a 4ºC a água chega a seu volume mínimo e a partir de 4º C seu volume se dilata normalmente.
Então, a 4°C tem-se o menor volume para a água e, consequentemente, a maior densidade da água no estado líquido.