1樓：匿名使用者
水的密度在4℃時密度最大是一個事實：
在冰湖中作的測試表明，表面凍結的湖裡，冰面以下的水體中密度從上至下遞增（這是當然的事了，重在下，輕在上），溫度也是由上至下遞增，從表層水體的0℃至底層水體的4℃。正是因為這個特性，湖裡的魚類能夠在嚴寒的冬天躲在底層水體中，不至於被凍成冰塊。
—————為什麼會這樣？—————
水在4℃時密度最大，是由於水分子間有氫鍵締合這樣的特殊結構所決定的。根據近代x射線的研究，證明了冰具有四面體的晶體結構。這個四面體是通過氫鍵形成的，是一個敞開式的鬆弛結構，因為五個水分子不能把全部四面體的體積佔完，在冰中氫鍵把這些四面體聯絡起來，成為一個整體。
這種通過氫鍵形成的定向有序排列，空間利用率較小，約佔34％、因此冰的密度較小。
水溶解時拆散了大量的氫鍵，使整體化為四面體集團和零星的較小的「水分子集團」(即由氫鍵締合形成的一些締合分子)，故液態水已經不象冰那樣完全是有序排列了，而是有一定程度的無序排列，即水分子間的距離不象冰中那樣固定，h2o分子可以由一個四面體的微晶進入另一微晶中去。這樣分子間的空隙減少，密度就增大了。
溫度升高時，水分子的四面體集團不斷被破壞，分子無序排列增多，使密度增大。但同時，分子間的熱運動也增加了分子間的距離，使密度又減小。這兩個矛盾的因素在4℃時達到平衡，因此，在4℃時水的密度最大。
過了4℃後，分子的熱運動使分子間的距離增大的因素，就佔優勢了，水的密度又開始減小。
2樓：
涉及到化學。由於水分子是極性很強的分子，能通過氫鍵結合成締合分子（多個水分子組合在一起）。液態水，除含有簡單的水分子(h2o)外，同時還含有締合分子，最典型的兩種是(h2o)2和(h2o)3，前者稱為雙分子締合水分子。
物質的密度由物質內分子的平均間距決定。當溫度在0℃水未結冰時，大多數水分子是以(h2o)3的締合分子存在，當溫度升高到3.98℃(101kpa)時水分子多以雙分子締合水分子的形式存在（在水溫由0℃升至4℃的過程中，由締合水分子氫鍵斷裂引起水密度增大的作用，比由分子熱運動速度加快引起水密度減小的作用更大，所以在這個過程中，水的密度隨溫度的增高而加大。
），分子佔據空間相對減小，此時水的密度最大。如果溫度再繼續升高在3.98℃以上，一般物質熱脹冷縮的規律即占主導地位了。
水溫降到0℃時，水結成冰，水結冰時幾乎全部分子締合在一起成為一個巨大的締合分子，在冰中水分子的排布是每一個氧原子有四個氫原子為近鄰(兩個共價鍵，兩個氫鍵)，這樣一種排布導致成一種敞開結構，也就是說冰的結構中有較大的空隙，所以冰的密度反比同溫度的水小。
3樓：匿名使用者
水在攝氏4度時密度最大之謎
陳超300多年前，人類就已知道水在攝氏4度時密度最大這一現象。雖然這一現象僅僅是由於水的分子結構造成的，但對於水的這種特性，人們至今仍不能作出科學的解釋。
日本物質材料研究機構物質研究所研究員三島修和鈴木芳治通過實驗證實，在低溫條件下兩種非晶態冰之間存在不連續性轉移。在低溫情況下，低密度水和高密度水呈完全不同的形態。這項研究不僅首次解釋了水在攝氏4度時密度最大的現象，而且在生態系統、水溶液系統等與水有關的領域有廣泛的研究與應用價值。
該成果發表在最新一期的《自然》雜誌上。
多年來，科學家通過理論計算與實驗，一直在進行水的非晶態多樣性研究。水通常在攝氏零度時結冰。但水在攝氏零度以下時也可保持液體狀態，稱作過冷卻水。
當過冷卻水到達臨界點以下時就會分離出兩種狀態，既低密度水和高密度水。與此相對應，也存在低密度和高密度兩種非晶態冰。由於水在低溫時易於結冰，也由於沒有非晶態冰之間互相轉移的現存理論，水的非晶態多樣性學說存在很多爭論。
其中之一就是兩種密度的非晶態水是否會發生連續轉移。
日本科學家的這項研究，觀察了高密度非晶態冰（hda）向低密度非晶態冰（ lda）變化的過程。發現 h da在零下158攝氏度以下時整體均一膨脹，在零下158攝氏度時隨著不均一的體積變化迅速向 l da轉移。在轉移過程中，出現兩種成分共存狀態，隨著時間推移， h da和lda逐漸分離。
研究證實，低溫下兩種水之間的轉移是不連續的。
科學家認為，這項研究成果是揭開水領域各種問題的重大突破，將對今後過冷卻水等研究產生重大影響，同時將帶動對同溫層中的雲的研究及在冰點下活動的動植物細胞記憶體在的過冷卻水的研究。如果今後能夠控制這兩種水的臨界點，就可以自由控制水的結晶，對人類控制地球環境和開發生物冷卻儲存技術極有價值。
4樓：
水的反常膨脹可以用氫鍵解釋~~
5樓：喻倩鄲夢寒
這水是最重要也是最奇特的特性之一。
在絕大多數物質都是熱漲冷縮的時候，水是反常的。水在低於4度是是熱縮冷漲，導致密度下降，例如同樣質量的冰密度比水小，體積比水大。而大於4度時，則恢復熱漲冷縮。
同樣質量，體積大了，密度當然就小了。
4度是平衡臨界點。因此水在4度時密度最大。
這是保障生物存在的很重要的一點，因為當水結冰的時候，冰的密度小，浮在水面，可以保障水下生物的生存。當天暖的時候，冰在上面，也是最先滑凍。如果冰的密度比水大，那所有的水生生物都不會存在了。
因為冰會不斷沉到水下，天暖的時候也不會解凍，來年上面的水繼續冰凍，直到所有的水都成了冰。
具體的原理是，水是由氫氧離子組成的，因為氧離子和氫離子的負電荷傾向性（electronegitive）不同，形成共價鍵。而水分子的v型幾何結構，導致其為偶極(polar）共價鍵。氧離子為負電荷，氫離子為正電荷。
這就導致生物學上一個極重要的現象，氫鍵（hydrgen
bond）。氫離子通過氫鍵和其他水分子結合。因為氫鍵的鍵能不大，所以在每一瞬時，每個水分子都結合和分離數十億次氫鍵。
水分子在液體狀態下是無序運動的，隨這溫度的增高而運動加大，從而導致體積變大。這就是為什麼水在4度以上時，密度變小。
當水低於4度時，水分子運動減慢，導致氫鍵合成的增多，水趨向於固體。因為氫鍵的鍵長要大於水分子的平均距離，所以當所有的水分子都被氫鍵固定住，也就是形成了冰，其體積反比水大。
（原創）
為什麼水在4度時密度最高？
6樓：匿名使用者
300多年前，人類就已知道水在攝氏4度時密度最大這一現象。雖然這一現象僅僅是由於水的分子結構造成的，但對於水的這種特性，人們至今仍不能作出科學的解釋。
日本物質材料研究機構物質研究所研究員三島修和鈴木芳治通過實驗證實，在低溫條件下兩種非晶態冰之間存在不連續性轉移。在低溫情況下，低密度水和高密度水呈完全不同的形態。這項研究不僅首次解釋了水在攝氏4度時密度最大的現象，而且在生態系統、水溶液系統等與水有關的領域有廣泛的研究與應用價值。
該成果發表在最新一期的《自然》雜誌上。
多年來，科學家通過理論計算與實驗，一直在進行水的非晶態多樣性研究。水通常在攝氏零度時結冰。但水在攝氏零度以下時也可保持液體狀態，稱作過冷卻水。
當過冷卻水到達臨界點以下時就會分離出兩種狀態，既低密度水和高密度水。與此相對應，也存在低密度和高密度兩種非晶態冰。由於水在低溫時易於結冰，也由於沒有非晶態冰之間互相轉移的現存理論，水的非晶態多樣性學說存在很多爭論。
其中之一就是兩種密度的非晶態水是否會發生連續轉移。
日本科學家的這項研究，觀察了高密度非晶態冰（hda）向低密度非晶態冰（ lda）變化的過程。發現 h da在零下158攝氏度以下時整體均一膨脹，在零下158攝氏度時隨著不均一的體積變化迅速向 l da轉移。在轉移過程中，出現兩種成分共存狀態，隨著時間推移， h da和lda逐漸分離。
研究證實，低溫下兩種水之間的轉移是不連續的。
科學家認為，這項研究成果是揭開水領域各種問題的重大突破，將對今後過冷卻水等研究產生重大影響，同時將帶動對同溫層中的雲的研究及在冰點下活動的動植物細胞記憶體在的過冷卻水的研究。如果今後能夠控制這兩種水的臨界點，就可以自由控制水的結晶，對人類控制地球環境和開發生物冷卻儲存技術極有價值。
7樓：習康健卷瑪
在絕大多數物質都是熱漲冷縮的時候，水是反常的。水在低於4度是是熱縮冷漲，導致密度下降，例如同樣質量的冰密度比水小，體積比水大。而大於4度時，則恢復熱漲冷縮。
同樣質量，體積大了，密度當然就小了。
4度是平衡臨界點。因此水在4度時密度最大。
8樓：阿利葉麼緞
這水是最重要也是最奇特的特性之一。
在絕大多數物質都是熱漲冷縮的時候，水是反常的。水在低於4度是是熱縮冷漲，導致密度下降，例如同樣質量的冰密度比水小，體積比水大。而大於4度時，則恢復熱漲冷縮。
同樣質量，體積大了，密度當然就小了。
4度是平衡臨界點。因此水在4度時密度最大。
這是保障生物存在的很重要的一點，因為當水結冰的時候，冰的密度小，浮在水面，可以保障水下生物的生存。當天暖的時候，冰在上面，也是最先滑凍。如果冰的密度比水大，那所有的水生生物都不會存在了。
因為冰會不斷沉到水下，天暖的時候也不會解凍，來年上面的水繼續冰凍，直到所有的水都成了冰。
具體的原理是，水是由氫氧離子組成的，因為氧離子和氫離子的負電荷傾向性（electronegitive）不同，形成共價鍵。而水分子的v型幾何結構，導致其為偶極(polar）共價鍵。氧離子為負電荷，氫離子為正電荷。
這就導致生物學上一個極重要的現象，氫鍵（hydrgen
bond）。氫離子通過氫鍵和其他水分子結合。因為氫鍵的鍵能不大，所以在每一瞬時，每個水分子都結合和分離數十億次氫鍵。
水分子在液體狀態下是無序運動的，隨這溫度的增高而運動加大，從而導致體積變大。這就是為什麼水在4度以上時，密度變小。
當水低於4度時，水分子運動減慢，導致氫鍵合成的增多，水趨向於固體。因為氫鍵的鍵長要大於水分子的平均距離，所以當所有的水分子都被氫鍵固定住，也就是形成了冰，其體積反比水大。
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