Su ve Suyun Özel Durumu
Molekülleri arasında benzersiz bir etkileşimi olan su diğer sıvılardan oldukça farklıdır. Su, diğer sıvılarla kıyaslandığı zaman en yüksek yüzey gerilimine sahip olan sıvıdır. Ayrıca yüksek kaynama noktasına sahip olması ve mükemmel bir çözücü olması suyu diğer sıvılardan çok farklı kılan özelliklerdir.

Maddeler soğutulduğu zaman taneciklerinin ortalama kinetik enerjisi düşer. Düşük kinetik enerjiye sahip olan bu tanecikler de daha düşük hacim kaplayarak maddenin yoğunluğunu arttırır. Su 4 °C ‘ye kadar soğutulduğu zaman yoğunluğu artar.

Su molekülleri hidrojen ve oksijen atomlarından oluşmaktadır ve bu moleküller birbirlerine kovalent bağlarıyla bağlıdır. Su molekülleri arasında kısmı eksi yüke sahip oksijenle, kısmı artı yükse sahip olan hidrojen atomları arasında görece zayıf bir hidrojen bağı meydana gelir. Suyun sıcaklığı 4 °C ‘nin üstündeyken tanecikleri içerisinde baskın kuvvet kinetik enerjisidir.

Yani taneciklerin hareketliliği aralarındaki hidrojen bağlarının zamanla koparak, farklı diğer moleküller arasında tekrar oluşmasına sebep olur. Sıcaklık 4 °C ‘ye geldiğindeyse hidrojen bağlarının enerjisi ile, moleküllerin kinetik enerjisi eşitlenmiş olur. Su tam da bu noktada, mümkün olan en düşük hacimdedir dolayısıyla da yoğunluğu da en yüksek değerdedir.

Suyun benzersiz özellikleri sıcaklığı 4 °C ‘nin altına düşünce ortaya çıkar. Kinetik enerjisi artan su molekülleri birbirlerine yaklaşmak yerine, düzgün ve boşluklu yapılar meydana getirerek hacmini arttırır. Su donma noktasına geldiğinde ise katılaşırken, içi boş olan altıgen yapıda kararlı kristal yapılar oluşturur.

Göller Neden Yüzeyden Donmaya Başlar?
Düşük kütleye sahip olan su daha hızlı soğur bu sebeple de göllerde donma olayı gölün kenar kısmındaki derinliği az dolayısıyla kütlesi az olan sığ bölgelerden başlayarak merkeze doğru gerçekleşir. Donan 4 °C altı bu suyun yoğunluğu düşük olduğu için yüzeyde kalır. Yüzeyin altında da 4 °C sıcaklıkta sıvı halde yoğun su bulunur.Göl yüzeyinde oluşan buz tabakası da, sıvı halde bulunan suyun sıcaklığının atmosfere kaçmasını büyük oranda önler. Ayrıca daha düşük sıcaklıktaki buz tabakası ile sıvı suyun arasında bir ısı transferi olsa da suyun kütlesi ve hacmi buz tabakasına göre çok daha fazla olduğundan buz tabakası bu suyu soğutamaz.