為什麼水的密度最高在4攝氏度，而當溫度低於4攝氏度時，熱收縮和冷膨脹？

水分子之間有氫鍵，使水分子緊密排列。 在4攝氏度時，水分子排列最緊密，因此密度最大。

水的密度最大，為1 103kg m3，當溫度較高時，水的密度隨溫度的公升高而減小，在0時，水不服從熱脹冷縮規律，密度隨溫度的公升高而增大。

注意：大多數物質在固態下的密度高於液態的密度; 結果，一塊固體純“物質”在液態下沉入純“物質”中。 但是一塊普通的冰漂浮在水面上，因為固體水的密度比液態水“低”

這是水的乙個非常重要的特性。 在室溫下，液態水的密度隨著溫度的降低而增加，就像普通物質一樣。 但是在接近冰點的4°C時，水達到最大密度，隨著水的溫度繼續下降到冰點，液態水以標準狀態膨脹，因此密度變得“低”

造成這種現象的物理原因與普通冰的晶體結構有關，普通冰又稱六角冰水、鎵、鉍、銻和矽在凝固時都會膨脹; 大多數其他材料會收縮。 然而，重要的是要注意，並非所有種類的冰的密度都低於液態水。

例如，高密度無定形冰和超高密度無定形冰的密度都高於液態純水。 因此，普通冰之所以比水密度大，並不容易直觀，這與氫鍵固有的不尋常性質有很大關係。

一般來說，水在凝固時的膨脹是由於其串聯分子結構與氫鍵的異常彈性排列，以及能量特別低的六方晶型（即在標準狀態下採用的形式）也就是說，當水冷卻時，它試圖以晶格形式堆積起來，晶格會拉長鍵的旋轉和振動分量，從而使乙個水分子受到幾個相鄰分子的推動，這實際上降低了水在標準狀態下凍結時水的密度

水在 4 攝氏度時密度最大的說法是正確的。

分析：一般物體的密度隨溫度公升高而減小，當溫度降低時增大，因為一般物體服從熱脹冷縮規律。 即當溫度公升高時，物體的體積增加（質量不變），所以密度減小，當溫度下降時，物體的體積減小（質量不變），所以密度增加。

密度：密度是衡量特定體積內質量的量度，密度等於物體的質量除以體積，可以用符號表示，在國際單位制和中國法定計量單位中，密度的單位是千克每立方公尺，符號是千克m3。

一般來說，無論它處於什麼物質狀態，無論它處於什麼狀態，隨著溫度和壓力的變化，體積或密度也會相應變化。 溫度 t、壓力 f 和密度這三個物理量之間的關係稱為狀態方程。

你的問題本身是錯誤的，4 處的水密度是最大值。

事實上，水的密度最高，為 4：

冰川湖的試驗表明，在冰凍的湖泊中，冰面以下的水密度從上到下增加（當然，重的越低，越輕越高），溫度從上到下公升高，從地表水的0到底水的4由於這種特性，湖中的魚能夠在嚴冬時隱藏在底層水中而不會被凍成冰。

— 為什麼會這樣？ ——

4 處水的最大密度由水分子之間氫鍵締合的特殊結構決定。 根據最近的X射線研究，已經證明冰具有四面體晶體結構。 這個四面體是由氫鍵形成的，氫鍵是一種開放的弛豫結構，因為五個水分子不能佔據所有四面體的體積，而冰中的氫鍵將這些四面體連線成乙個整體。

這種由氫鍵形成的定向有序排列空間利用率小，約佔34，因此冰的密度小。

當水溶液溶解時，大量的氫鍵被拆除，使整體分為四面體基團和零星的較小“水分子基團”（即一些由氫鍵締合形成的締合分子），因此液態水不再像冰一樣完全按順序排列，而是具有一定程度的無序排列， 也就是說，水分子之間的距離不像在冰中那樣固定，H2O分子可以從乙個四面體微晶進入另乙個微晶。這樣，分子之間的空隙減少，密度增加。

當溫度公升高時，水分子的四面體基團不斷被破壞，分子的無序排列增加，從而密度增加。 但與此同時，分子之間的熱運動也增加了分子之間的距離，從而降低了密度。 這兩個相互矛盾的因素在 4 點鐘位置達到平衡，因此，水的密度在 4 點鐘位置最高。

4後，分子的熱運動增加了分子之間的距離，水的密度又開始降低。