水在什么温度下密度最高(水什么时候密度最高)？
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知乎的一个同学问我:
你能给我解释一下为什么水的密度在4℃时最高吗？
我的回答:
其实这是一个很难的问题，现在很难给出量化的答案 。(这句话的意思是，可以定性解释为什么水的密度在一定温度下达到最大，但通过定量计算和模拟很难准确计算出具体温度 。有可能一些模拟给出比4度高几十度的数值，而一些模拟给出比4度低几十度的数值 。4度以下几十度不是都结冰了吗？是的，水的熔点不容易计算 。在许多模拟中，水在零下几十度时仍然是液体 。)
冰山
定性的答案是这样的:温度越低，熵越低，即结构越有序，这是一个适用于所有物质的普遍原理 。大多数物质的密度随着温度的降低而单调增加，因为分子越靠近，结构越有序 。
水的特别之处在于，由于氢键的方向性，最有序的结构是像冰晶一样的结构 。每个水分子周围有四个氢键，指向四面体的四个顶点 。这是一个非常空开放的结构 。如果稍微受到干扰，水分子就能靠近 。这就是为什么冰的密度小于液态水的密度 。这就是冰能浮在水面上的原因，对地球上生命的出现和冬季保护冰下生物具有重要意义 。
当液态水的温度相对较高时，当温度下降时，结构变得更加有序，分子接近，密度增加，这是一种类似于其他物质的常见行为 。当达到一定温度后，进一步下降，结构变得更加有序，因此需要向冰结构的方向靠近，分子开始相互远离，密度降低 。由于这两种相反趋势的相互作用，在一定温度下出现最大密度 。
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【水的密度在什么时候最大 水在几摄氏度时密度最大】
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