为什么水在4℃时密度最大？ _为什么

水温在4左右时改变密度的效果有两个。一是温度升高导致液态水分子热运动加剧，分子间距离增大，水密度减小。另一种是随着温度的升高，水中的冰晶逐渐融化，分子间的距离减小，密度增大。1气压下水温低于4 ，后者效果占优势；水温高于4 ，前者效果占优势。所以水在4下密度最大。

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一般来说，很多物体都有热膨胀冷却收缩的性质，温度越高，物质的密度就越小。但水例外，热膨胀冷膨胀，只有在4时，体积最小。无论高于还是低于4 ，体积都会膨胀。这种现象被称为“异常膨胀现象” 。

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水中除了单分子的H2O外，这些简单分子结合的相对复杂的(H2O) n) n也可以是2、3、4…… 。这种简单分子与更复杂的分子群体结合，不引起物质化学性质变化的过程称为分子缔合，相反的过程称为解离。缔合是发热过程，解离是吸热过程，因此温度升高，水缔合程度降低(n减小) ，温度降低，水缔合程度增加(n增大) 。

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0的水结成冰后，所有分子都会聚集形成巨大的集团。在冰的构造中，每个氧原子有4个氢原子相连形成四面体，每个氢原子有2个氧原子相连。也就是说，氧原子的四个键(两个共价键，两个氢键) )指向一个四面体的四个顶点，每个水分子被四个水分子包围，如图2所示。氢键基本上是静电吸引作用，其键能比化学键的键能小得多，但接近分子间力的数量级，因此氢键被认为是一种具有较强方向性的分子间力。但是氢键与一般的分子间力不同，具有饱和性和方向性。因此，冰不是非常紧凑的结构，内部有相当大的天空。冰融化时，一些氢键被破坏，四面体结构崩溃，水分子堆积比较紧密，使得冰在融化时体积缩小。

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科学家利用x射线研究了接近0的水的结构，证实了液体水中存在非常小的冰晶，这些微小的冰晶具有普通的类似冰的结晶学结构。据估计，接近0的水中约有0.6%的冰晶。当温度逐渐上升时，这些冰晶逐渐破坏，引起体积减小，密度增大。
【为什么水在4℃时密度最大？】另一方面，在温度4左右时，水有使两种密度变化的效果。一是温度升高加剧了液态水分子的热运动，分子间平均距离增大，水密度减小。另一种是随着温度的升高，水中冰晶逐渐融化，分子间平均距离减小，密度增大。1气压(101.325kpa)下水温低于4前，后者效果占优势；水温超过4时，前者的效果占优势。所以水在4下密度最大。
水的这一特性给人们的日常生活带来了一些损失，例如水结冰时体积膨胀所产生的力，足以支撑水管、水泥制等。当然，它也会给人类带来好处，特别是在保护鱼类和其他水下生物方面。
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