非常感谢大家对为什么水在4问题集合的关注和提问。我会以全面和系统的方式回答每个问题，并为大家提供一些实用的建议和思路。

0-4摄氏度的水为什么会热缩冷胀

水的反常膨胀现象可以用氢键及缔合水分子理论予以解释。水在0℃到4℃时才会发生反常膨胀现象。因为水在4℃以上时，它的体积才会发生膨胀，因此在4℃时水的密度最大。

在一定大气压下，一定质量的物质，体积随密度的变大而缩小。物质的密度由物质内分子的平均间距决定，分子的平均间距与分子热运动的剧烈程度有关。

一般来说温度越高，分子间距越大。水的密度除了与水分子的热运动有关外，水分子的缔合作用对水的密度也有影响。综合考虑两个因素的影响，便可以得知水的密度变化规律，也就是水的体积随温度的变化规律。

在水温由0℃升至4℃的过程中，由缔合水分子氢键断裂引起水密度增大的作用，比由分子热运动加快引起水密度减小的作用更大，所以在这个过程中，水的密度随温度的升高反而加大，体积亦因此收缩。值得注意的是，0℃的水比0℃的冰密度大。

水的应用领域

1、饮用水：水是人类最基本的生存需求之一。

2、农业用水：水是农业生产的重要资源之一。用于农作物的灌溉、农田的排水、养殖业的畜牧、温室中的植物生长等，水对于农业的发展和粮食生产至关重要。

3、工业用水：许多工业过程需要大量的水，例如制造、冷却、清洗、润滑和化学反应等。工业用水广泛应用于制造业、能源生产、化工、纺织、制药等各个行业。

4、商业用水：商业场所需要水来满足办公、商店、餐饮和娱乐场所的日常活动需求，例如供应给员工和顾客的饮用水、清洁用水、厕所冲洗等。

5、发电和能源生产：水可以用于发电厂中的水力发电过程，通过水流驱动涡轮发电机产生电力。此外，水还可以用作核能和火力发电中的冷却剂。

6、卫生与清洁：水被用于个人卫生，包括洗手、洗澡、刷牙和洗衣服等。此外，水还被用于清洁家居、公共设施、道路和车辆等。

以上内容参考：百度百科-冷胀热缩

水为什么在4℃时密度最大？

我们知道，正常情况下物质是热胀冷缩的，所以温度越高，物质的密度越小。但也有一些例外情况，如水在0℃～4℃之间是热缩冷胀的，人们把这种现象叫做反常膨胀。设想把一定质量的水从0℃加热到10℃，水的体积是先减小后增大的，4℃是转折点，此时体积最小，密度最大。水的这种奇异特性很容易在自然界中看到，如冬天河塘里的水结冰时，总是从水面开始的。也就是说首先是河面的水温降到0℃，下面的水温则高于0℃，从上向下温度逐渐升高，河底温度在4℃左右;密度则逐渐增大，河底密度最大。正因为水的这种奇异特性，才出现“人在冰上走，鱼在冰下游”的自然景象。

我们的问题是，水为什么会出现反常膨胀现象？或者说，为什么水在4℃时密度最大呢？一般来说，热学中的宏观现象都有它的微观本质，所以水的反常膨胀也跟水分子特殊排列有关。但要从分子论的角度给出详细的解释，困难比较大。到目前为止，人们对水分子的研究还是很不够的，有关水的反常膨胀现象尚没有统一的解释。介绍两种常见且通俗的解释，供参考。

一　

在温度较低时，水中不完全是液态，还有一些微小的冰晶体。在冰晶体中，每个分子以一定的规律排列在晶体点阵内，每个分子都被四个分子所包围，四个分子在空间构成一个四面体。而液态水中的分子，排列比较杂乱，不像冰晶体中的分子那样规则排列。虽然这些水分子在液态水中运动比在冰晶体中更自由些，但是分子间的平均距离却比在冰中小，所以液态水的密度比固态水的密度大。科学家用X射线研究接近0℃的水的结构时，证实在液态水中存在着非常小的冰晶体。根据推算，在接近0℃的水中大约有0.6%的这种冰晶体。当温度逐渐升高时，这些冰晶体逐渐被破坏，引起了体积的减小，致使密度增大。

在温度4℃上下，水中有两种使密度发生改变的效应：一是由于温度升高，液态水的分子热运动加剧，分子间的平均距离增大，致使水的密度减小；另一种是由于温度升高，水中所含有的冰晶体逐渐熔解，分子间的平均距离减小，致使密度增大。在1大气压（101.325千帕）下，水温低于4℃前，后一种效应占优势；而水温高于4℃后，前一种效应占优势。设想一定质量的水，温度从0℃逐渐升高到5℃，根据上面的分析，水的体积将先减小后增大，密度则先增大后减小，在4℃时体积最小，密度最大。实际上，温度越过4℃以后，冰晶体会越来越少，直至消失，水就进入正常膨胀状态了。

二

水由不断运动着的水分子组成，而水分子是有极分子，即它的正、负电荷“重心”不重合。在一般情形下，水并不是以单个分子的形式存在的，而是由多个分子相互吸引联在一起的。在0℃时，由三个分子联在一起组成分子团；当温度升高到4℃时，这种组合转化为两个分子联合在一起的分子团，显然两个分子组合的排列要比三个分子组合的排列紧密些；当温度升高到4℃以上时，分子热运动加剧，动能增大，吸引在一起的两个分子又逐渐拆开为单个分子，运动的范围更大了，导致水分子间的平均距离变大，密度减小。所以水在4℃时密度最大。

上面两种观点虽然都解释了水在4℃时密度最大这一现象，但在没有经过实验严格验证之前，只能称为科学假说，理论本身是否正确还有待人们进一步研究。事实上，为解释自然现象而提出假说，再用实验去验证假说，从而得到正确的理论，正是科学探究的一般过程。

为什么水在4度时最重

水具有反常膨胀现象

一般物质由于温度影响，其体积为热胀冷缩。但也有少数热缩冷胀的物质，如水、锑、铋、液态铁等，在某种条件下恰好与上面的情况相反。实验证明，对0℃的水加热到4℃时，其体积不但不增大，反而缩小。当水的温度高于4℃时，它的体积才会随着温度的升高而膨胀。因此，水在4℃时的体积最小，密度最大。湖泊里水的表面，当冬季气温下降时，若水温在4℃以上时，上层的水冷却，体积缩小，密度变大，于是下沉到底部，而下层的暖水就升到上层来。这样，上层的冷水跟下层的暖水不断地交换位置，整个的水温逐渐降低。这种热的对流现象只能进行到所有水的温度都达到4℃时为止。当水温降到4℃以下时，上层的水反而膨胀，密度减小，于是冷水层停留在上面继续冷却，一直到温度下降到0℃时，上面的冷水层结成了冰为止。以上阶段热的交换主要形式是对流。当冰封水面之后，水的冷却就完全依靠水的热传导方式来进行热传递。由于水的导热性能很差，因此湖底的水温仍保持在4℃左右。这种水的反常膨胀特性，保证了水中的动植物，能在寒冷季节内生存下来。这里还应注意到，冰在冷却时与一般物质相同，也是缩小的。受热则膨胀，只有在0℃到4℃的范围内的水才显示出反常膨胀的现象来。

水4度时为什么密度最大

因为当水的温度升高到4℃时，水分子多以双分子缔合水分子的形式存在，分子占据空间相对减小，此时水的密度最大。用水的缔合作用来解释：接近沸点的水，主要是以简单分子的状态存在的。冷却时由于温度降低，分子热运动减小，使水分子间的距离缩小；水的缔合度增大，(H2O)2缔合分子增多，分子间排列较紧密。

水温4℃上下，有两种使密度改变的效应:一是因温度升高，液态水的分子热运动加剧，分子间的距离增大，水的密度减小;另一种是因温度升高，水中所含有的冰晶体逐渐熔解，分子间的距离减小，密度增大。在1大气压下，水温低于4℃，后一种效应占优势;而水温高于4℃，前一种效应占优势。所以水在4°℃密度最大。

一般来说，大多数物体都有热胀冷缩的性质，温度越高，物质的密度越小。但水却是一个例外，热胀冷也胀，只有在4C时候，体积最小。高于4℃或低于4C时，体积都会膨胀。这种现象被称为“反常膨胀现象”。

水的这种特性给人们的日常生活造成一些损失，例如水结冰时体积膨胀所产生的力量，足以把水管、水泥制件等撑破。当然，也能给人类带来好处，特别是在保护鱼类和其他水中生物方面。

水为什么4度时密度最大 水在4度时密度最大原因解析

1、水温4℃上下，有两种使密度改变的效应：一是因温度升高，液态水的分子热运动加剧，分子间的距离增大，水的密度减小；另一种是因温度升高，水中所含有的冰晶体逐渐熔解，分子间的距离减小，密度增大。

2、在1大气压下，水温低于4℃，后一种效应占优势；而水温高于4℃，前一种效应占优势。所以水在4℃密度最大。

为什么在4℃的时候水的密度最大？

4℃密度最大

现象：水与其他物质一样，也受到热胀冷缩的规律影响。当温度降低，同样重量的水就会收缩，然而这现象到了摄氏四度的时候就出现改变，四度以下的水反而会膨胀。也就是说，四度的水是最重的，到了零度结冰时，冰就比水更轻。原因是什么呢？ 由于水分子是极性很强的分子，能通过氢键结合成缔合分子（多个水分子组合在一起）。液态水，除含有简单的水分子(H2O)外，同时还含有缔合分子，最典型的两种是(H2O)2和(H2O)3，前者称为双分子缔合水分子。物质的密度由物质内分子的平均间距决定。当温度在0℃水未结冰时，大多数水分子是以(H2O)3的缔合分子存在，当温度升高到3.98℃(101kPa)时水分子多以双分子缔合水分子的形式存在（在水温由0℃升至4℃的过程中，由缔合水分子氢键断裂引起水密度增大的作用，比由分子热运动速度加快引起水密度减小的作用更大，所以在这个过程中，水的密度随温度的增高而加大。），分子占据空间相对减小，此时水的密度最大。如果温度再继续升高在3.98℃以上，一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了。水温降到0℃时，水结成冰，水结冰时几乎全部分子缔合在一起成为一个巨大的缔合分子，在冰中水分子的排布是每一个氧原子有四个氢原子为近邻(两个共价键，两个氢键)，这样一种排布导致成一种敞开结构，也就是说冰的结构中有较大的空隙，所以冰的密度反比同温度的水小。影响：这种妙不可言的奇特现象会使冬天里海洋、江河和湖泊的水，于结冰之后浮到水面，而温度较高的水则因较重而沉到冰块之下。最后，当整个水面冻结成冰，下层的水却仍然继续保持其液体形态，不受寒冬的影响，而海洋湖泊内中的生命，亦因此得以存活。　　 同样的热胀冷缩道理，对陆地上带有水分的泥土，也是一份难得的祝福。在冬天，泥土中的水分固然会结冰，却因水分的体积变大而同时令泥土略为涨大。结果每次从寒冬到初春，气温降低之后又再回升，大地中的水分先从水涨大成为冰，又从冰缩小变成水，大地就借此经历一个天然的松土过程。泥土不但松开了，而且还带有充足的水分，农作物因而得以生长！水在四度时最重，实在是精彩的设计。结论：以上谈论的只是一个客观的现象，一个事实。但这个事实让我感觉很神奇，让我总是想问：为什么偏偏正好？如果水的密度不是这么的特殊，那么冬天一来，湖里的水当表面结冰之后，因为它密度大于下面的水，所以它将下沉到水底，而表面又被水取代，水受冷之后，再次结冰，再次下沉，如此继续下去，将只有一个结果：那就是整个湖泊里的水全部都结了冰，于是水里的生命全部死亡！所幸的是：水很特殊，所以生命得以保全。我感觉整个这一切很奇妙，难道这是偶然而来的？

为什么水在4℃时密度最大？

01

水温4℃上下，有两种使密度改变的效应：一是因温度升高，液态水的分子热运动加剧，分子间的距离增大，水的密度减小；另一种是因温度升高，水中所含有的冰晶体逐渐熔解，分子间的距离减小，密度增大。在1大气压下，水温低于4℃，后一种效应占优势；而水温高于4℃，前一种效应占优势。所以水在4℃密度最大。

一般来说，大多数物体都有热胀冷缩的性质，温度越高，物质的密度越小。但水却是一个例外，热胀冷也胀，只有在4℃时候，体积最小。高于4℃或低于4℃时，体积都会膨胀。这种现象被称为?反常膨胀现象?。

在水中除了单分子H2O外，还有这些简单分子结合而成的较复杂的(H2O)n(n可以是2、3、4?)分子。这种由简单分子结合成较复杂的分子集团而不引起物质化学性质改变的过程，称为分子的缔合，相反的过程称为离解。缔合是放热过程，离解是吸热过程，所以温度升高，水的缔合程度降低(n减小)，温度降低，水的缔合程度增加(n增大)。

0℃水结成冰时，全部分子缔合在一起成为从而形成一个巨大的群体。在冰的结构中，每个氧原子与4个氢原子相连接而成四面体，每个氢原子与两个氧原子相连结。即氧原子的四个键(两个共价键，两个氢键)，指向一个四面体的四个顶点，每个水分子都被四个水分子所包围，如图2所示。由于氢键基本上还是属于静电吸引作用，它的键能比化学键的键能要小得多，但和分子间作用力的数量级相近，所以通常说氢键是较强的有方向的分子间作用力。但氢键与一般分子间作用力不同，它具有饱和性和方向性。因此，冰是一种很不紧凑的结构，内部具有相当大的空。当冰熔解时，一些氢键被破坏，四面体结构被瓦解，水分子可以比较紧密地堆积在一起，因此，冰在熔解时体积要缩小。

科学家用X射线研究接近0℃水的结构时，证实在液态水中存在着非常小的冰晶体，这些微小的冰晶具有像普通冰一样的结晶学上的结构。根据推算，在接近0℃的水中大约有0.6%的冰晶体。当温度逐渐升高时，这些冰晶体逐渐被破坏，引起了体积的减小，致使密度增大。

而在温度4℃上下，水中有两种使密度发生改变的效应：一是由于温度升高，液态水的分子热运动加剧，分子间的平均距离增大，致使水的密度减小；另一种是由于温度升高，水中所含有的冰晶体逐渐熔解，分子间的平均距离减小，致使密度增大。在1大气压（101.325千帕）下，水温低于4℃前，后一种效应占优势；而水温高于4℃后，前一种效应占优势。所以水在4℃密度最大。

水的这种特性给人们的日常生活造成一些损失，例如水结冰时体积膨胀所产生的力量，足以把水管、水泥制件等撑破。当然，也能给人类带来好处，特别是在保护鱼类和其他水中生物方面。

好了，今天关于“为什么水在4”的话题就讲到这里了。希望大家能够对“为什么水在4”有更深入的认识，并且从我的回答中得到一些帮助。