水在4℃时密度最大是什么现象
水在4℃时密度最大是反常膨胀现象。
水的反常膨胀现象可以用氢键、缔合水分子理论予以解释。 只有在0℃到4℃的范围内的水才显示出反常膨胀的现象来。
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。
扩展资料：
一、热胀冷缩
水温超过4℃时，同样应当考虑缔合水分子中的氢键断裂、水分子运动速度加快这两个因素，综合分析它们对水密度的影响。
由于在水温比较高的时候，水中缔合数大的缔合水分子数目比较小，氢键断裂所造成水密度增加的影响较小，水密度的变化主要受分子热运动速度加快的影响，所以在水温由4℃继续升高的过程中，水的密度随温度升高而减小，即呈现热胀冷缩现象。
在4℃时，水中双分子缔合水分子的比例最大，水分子的间距最小，水的密度最大。
二、水的反常膨胀
液态水，除含有简单的水分子（H2O）外，同时还含有缔合分子(H2O)2和(H2O)3等，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 ℃（101 kPa）时，水分子多以(H2O)2缔合分子形式存在，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。
参考资料来源：百度百科-热胀冷缩
参考资料来源：百度百科-反常膨胀
天健创新
2024-09-20 广告
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。
