水的热胀冷缩是反常的,水在低于4度时热缩冷胀,导致密度下降,而大于4度时,则恢复热胀冷缩。这是水最重要也是最奇特的特性之一。
这是保障生物存在的很重要的一点,当水结冰的时候,冰的密度小,浮在水面,可以保障水下生物的生存。当天暖的时候,冰在上面,也是最先解冻。但如果冰的.密度比水大,冰会不断沉到水下,天暖的时候也不会解冻,来年上面的水继续冰冻,直到所有的水都成了冰,那所有的水生生物都不会存在了。
特殊的冰
热冰:除了前面提到高压下形成的热冰之外,重水(D₂O)在3.8℃时结冰,成为另一种形式的“热冰”。
水有一种性质。它在4℃时密度最大。温度在4℃以上,液态水遵守一般热胀冷缩规律。4℃以下,原来水中呈线形分布的缩合分子中,出现一种像冰晶结构一样的似冰结合分子,叫做"准冰晶体"。因为冰的密度比水小,“准冰晶体”的存在,减小了水的密度,这就是为什么水在4℃时密度最大,低于4℃密度又要减小的原因。
人类已经能够在实验室里制造出19种冰的晶体。但只有天然冰能在自然条件下存在,其他都是高压冰,在自然界不能稳定存在。
天然冰中水分子的结合是按六方晶系的规则排列起来的。所谓结晶格子,最简单的例子是紧密地堆砌的砖块,如果在这些砖块的中心处代之以一个假设的原子,便得到了一个结晶格子。冰的晶格为一个带顶锥的三棱柱体,六个角上的氧原子分别为相邻六个晶胞所共有。三个棱上氧原子各为三个相邻晶胞所共有,二个轴顶氧原子各为二个晶胞所共有,只有中央一个氧原子算是该晶胞所独有。