水为什么在4度时密度最大水在多少摄氏度时密度大 _科学

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知乎的一个同学问我：
你能解释一下为什么排放水的密度在 4°C 时最高吗？
我的回答是：
【水为什么在4度时密度最大水在多少摄氏度时密度大】

文章插图
其实这是一个很难的问题，现在很难给出一个量化的答案。（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会达到最大值，但是很难通过定量计算准确计算出具体的温度。有些模拟可能会给出几十个值高于4度的度数，而其他模拟给出的值是低于4度的几十度。负4度和几十度。不都是结冰的吗？是的，水的熔点不好计算。在很多模拟，水在零以下几十度。仍然是液体。）
冰山
定性的答案大概是这样的：温度越低，熵越低，也就是结构越有序。这是适用于所有物质的一般原则。大多数物质的密度随着温度的降低而单调增加，因为分子越接近，结构越有序。
水的特别之处在于，由于氢键的方向性，最有序的结构就像冰晶。每个水分子周围有四个氢键，指向四面体的四个顶点。这是一个非常空旷和开放的结构。如果你打扰它，水分子就会靠得更近。这就是为什么冰的密度小于液态水的原因。这就是冰漂浮在水面上的原因，这对地球上生命的出现具有重要意义，同时也保护了冬季冰下的生物。
当液态水的温度比较高时，当温度下降时，结构变得更有序，分子更靠近，密度增加，这与其他物质的一般行为相似。当达到一定温度时，结构变得更加有序，结构变得更加有序，分子之间需要相互远离，密度降低。由于这两种相反趋势的相互作用，在一定温度下会出现最大密度。
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