在4摄氏度时，水的密度为什么最大？
我们知道水的密度比冰的密度大，都是因为液态水的在凝固成冰的时候，分子间的相互作用力使分子按一定的规则排列，每个分子都被四个分子所包围，形成一个结晶四面体，这种排列方式是比较松散的，使得冰晶体中的分子间的平均距离大于液态水中的分子间的平均距。在液态水中分子的排列比较混乱，不像冰中的分子那样，按一定的规律排列。分子在液态中的运动虽然比在冰中更自由，但分子与分子间的平均距离却比在冰中更小，所以水的密度比冰的密度大。
用x射线研究液态水的结构时发现，液态水中在一定程度上还保留着非常微小的冰的晶体。根据推算，在接近0摄氏度的水里面，约包含着0.6%的这种微晶体，但温度逐渐升高时，这种微晶体逐渐的被破坏，由于这种微晶体具有较小的密度，所以微晶体的被破坏就会引起密度的增加，因此，在水中有两种密度改变的效应。
第一，使密度变小的效应，当温度升高的时候，水分子的热运动更剧烈了，分子间的距离变大了，因而引起密度的减小。
第二，使密度变大的效应，当温度升高时，水中的微晶体逐渐的被破坏，引起密阻的增大，在4摄氏度以上水的温度升高时，第一种效应占优势，随着温度减小，体积增大。在4摄氏度以上时，水的温度升高，第二种效应占优势，水的密度增大，体积减小。
因此，水在4摄氏度的时候密度最大，这是水的密度反常变化的原因。
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