水的密度变化服从热胀冷缩规律

水有三种形态:固态、液态和气态。

三种水的形态取决于水的温度变化。温度太低，无法达到冰点而形成固体。温度太高，达不到沸点，形成气态。温度在冰点和沸点之间的水是液体。

水的三种形态是由气体的最小密度、液体的最大密度和固体冰的中间密度决定的。关于气体这个不用解释太多，但是我们也可以通过冰的漂浮得到一个关于固体的结论。

这是物质分子运动造成的。分子运动越快，温度越高。所谓热胀冷缩。同样质量下体积不一样，密度就不一样。

所以，当水处于液态时，我们可以取水能保持最低液态的温度，也就是冰点。这个时候水的密度最高吗？

事实上，研究发现，水的密度在4℃时最高。为什么会这样？我们先来了解一下水氢键中的一种奇怪的相互作用力。

什么是氢键？氢键是分子间的特殊作用力。

例如，水、水中的氢原子和一个具有高电负性的原子通过共价键结合(稳定机制)。后结合假说是A .当A接近另一个电负性相同半径小的原子时(假设B)。然后AB之间会有相互作用，叫做氢键。

氢键的数量和存在对物质本身的性质有很大的影响。比如你们在密度、溶解度、粘度等等方面都有很大的差异。

当物质是液体时，通常会形成氢键。氢键的存在与温度分子间的运动速率密切相关。

在液态水中，形成氢键。当温度升高，水分子运动速度加快，此时水本身无法生成氢键，已有的氢键就会被破坏。

而当温度过低，水分子的运动速率降低时，此时的分子运动根本无法破坏氢键，此时氢键开始发挥作用。它结合水分子形成规则的空结构。在晶格中，四个氢原子位于正四面体的顶点，一个氧原子位于四面体的中心。

在这种情况下，它意味着达到冰点和冻结。氢键形成的晶体结构扩大了分子间的空隙，导致冰的体积比水大，密度更低。

氢键作用下的晶体结构开始没有零度。在氢键的作用下，水分子不得不形成这种结构。我前面说过，第一个是保持氢键在低温下不被分子运动破坏，分子运动速率低。

但是这个温度不需要为零。据研究，当温度低于4度时，其实氢键早已开始发挥作用，水中早已开始形成冰晶点阵。

这里很多朋友会说，我观察水在4℃的时候，水还是液体，没有结冰现象。

事实上，冰晶确实产生过，冻结是液态水的完全凝固。这种情况只是还没有达到所有液体都冻结的地步，这是我们肉眼看不到的。借助显微镜，你会发现水体其实充满了许多冰晶。

因为冰晶的存在。会在水体中占据一定的空空间。所以这个时候水的密度就变大了。

4摄氏度，恰好是分水岭。这个温度是水完全保持液态时最低温度，当然密度也是最高的。