在4攝氏度時，水的密度為什麼最大？
我們知道水的密度比冰的密度大，都是因為液态水的在凝固成冰的時候，分子間的相互作用力使分子按一定的規則排列，每個分子都被四個分子所包圍，形成一個結晶四面體，這種排列方式是比較松散的，使得冰晶體中的分子間的平均距離大于液态水中的分子間的平均距。在液态水中分子的排列比較混亂，不像冰中的分子那樣，按一定的規律排列。分子在液态中的運動雖然比在冰中更自由，但分子與分子間的平均距離卻比在冰中更小，所以水的密度比冰的密度大。
用x射線研究液态水的結構時發現，液态水中在一定程度上還保留着非常微小的冰的晶體。根據推算，在接近0攝氏度的水裡面，約包含着0.6%的這種微晶體，但溫度逐漸升高時，這種微晶體逐漸的被破壞，由于這種微晶體具有較小的密度，所以微晶體的被破壞就會引起密度的增加，因此，在水中有兩種密度改變的效應。
第一，使密度變小的效應，當溫度升高的時候，水分子的熱運動更劇烈了，分子間的距離變大了，因而引起密度的減小。
第二，使密度變大的效應，當溫度升高時，水中的微晶體逐漸的被破壞，引起密阻的增大，在4攝氏度以上水的溫度升高時，第一種效應占優勢，随着溫度減小，體積增大。在4攝氏度以上時，水的溫度升高，第二種效應占優勢，水的密度增大，體積減小。
因此，水在4攝氏度的時候密度最大，這是水的密度反常變化的原因。
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