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水在4℃时密度最大,是由于水分子间有氢键缔合这样的特殊结构所决定的。根据近代X射线的研究,证明了冰具有四面体的晶体结构。这个四面体是通过氢键形成的,是一个敞开式的松弛结构,因为五个水分子不能把全部四面体的体积占完,在冰中氢键把这些四面体联系起来,成为一个整体。
为什么水在4°c时密度最大
一般来说，大多数物体都有热胀冷缩的性质，温度越高，物质的密度越小。但水却是一个例外，热胀冷也胀，只有在4℃时候，体积最小。高于4℃或低于4℃时，体积都会膨胀。这种现象被称为“反常膨胀现象”。
在水中除了单分子H2O外，还有这些简单分子结合而成的较复杂的(H2O)n(n可以是2、3、4……)分子。这种由简单分子结合成较复杂的分子集团而不引起物质化学性质改变的过程，称为分子的缔合，相反的过程称为离解。缔合是放热过程，离解是吸热过程，所以温度升高，水的缔合程度降低(n减小)，温度降低，水的缔合程度增加(n增大)。