水温在4℃左右时，改变密度有两种作用:一是随着温度升高，液态水分子热运动加剧，分子间距离增大，水的密度减小；另一种是水中含有的冰晶逐渐融化，分子间的距离减小，密度随着温度的升高而增大。
1个大气压下，水温低于4℃，后一种效应占主导；当水温高于4℃时，前者起主导作用。
所以水在4℃时密度最高。
一般来说，大多数物体都有热胀冷缩的特性。温度越高，物质的密度越低。
但水是个例外。它热胀冷缩。只有在4℃时，它的体积最小。
高于4℃或低于4℃时，体积会膨胀。
这种现象叫做 异常膨胀现象 。
在水中，除了单分子H2O，还有络合物(H2O)n(n可以是2，3，4 hellip hellip)分子。
这种在不改变物质化学性质的情况下，将简单分子结合成更复杂的分子团的过程叫做分子缔合，相反的过程叫做离解。
缔合是放热过程，离解是吸热过程，所以水的缔合程度随温度升高而降低(n降低)，随温度降低而增加(n升高)。
当水在零度结冰时，所有的分子结合在一起形成一个巨大的群体。
在冰的结构中，每个氧原子与四个氢原子相连形成一个四面体，每个氢原子与两个氧原子相连。
即氧原子的四个键(两个共价键和两个氢键)指向一个四面体的四个顶点，每个水分子被四个水分子包围，如图2所示。
由于氢键基本上是静电引力，其键能远小于化学键，但接近分子间力的数量级，所以通常说氢键是一种强的、定向的分子间力。
但是氢键不同于一般的分子间作用力，它是饱和的，有方向性的。
所以，ice是一个非常紧凑的结构，内部有相当大的空。
冰融化时，部分氢键断裂，四面体结构解体，水分子可以更紧密地堆积在一起。所以冰融化时体积会缩小。
当科学家用X射线研究水在0℃附近的结构时，证实液态水中有非常小的冰晶。这些微小的冰晶与普通冰具有相同的晶体结构。
根据计算，0℃附近的水中大约有0.6%的冰晶。
当温度逐渐升高时，这些冰晶逐渐被破坏，导致体积减小，密度增加。
但当温度在4℃左右时，有两种影响改变了水的密度:一是液态水的分子热运动加剧，分子间平均距离增大，导致水的密度降低；另一种是水中含有的冰晶随着温度的升高逐渐融化，分子间的平均距离减小，导致密度增加。
在1个大气压(101.325 kPa)下，水温低于4℃之前，后一种效应占主导地位；当水温高于4℃时，前者起主导作用。
所以水在4℃时密度最高。
水的这种特性给人们的日常生活造成了一些损失。比如水结冰时，体积膨胀产生的力足以使水管和水泥制品爆裂。
当然，它也能给人类带来好处，尤其是在保护鱼类和其他水生生物方面。
