水在什么温度下密度最大(水的密度是多少)？

水的异常膨胀:热缩和冷胀。

水是最常见、最普通的物质。所有有生命体征的动植物(包括人类)都离不开水，水是生命之源。人们把水的冰点作为记录温度的零点，把水的沸点作为100℃，即把水的相变点作为一切自然物质温度的标尺。

一般来说，大多数物体都有热胀冷缩的特性。温度越高，物质的密度越低。但水是个例外，它热胀冷缩，只有在4℃时体积最小。当温度高于4℃或低于4℃时，体积会膨胀。这种现象被称为“异常膨胀现象”。

我们知道，物质基本上是热胀冷缩的。受热时，颗粒运动加快，颗粒间的间隙增大，表观密度降低。相反，在低温下，颗粒之间的运动减少，性能差距减小，而密度增加。但这似乎并不能解释水的这种现象，为什么低温下冰的密度比水的密度小，如果在这里还用“热胀冷缩”就说不通了。而且根据现有的研究，以液态水的形式，它的密度并不是在超冷水或者接近零时达到最大，而是在4℃，这并不适用于它热胀冷缩的说法。

为什么水的密度在4℃时最高？

通过观察发现，在低于4℃的温度下，即使没有结冰，水中也早已形成了看不见的冰晶。这些冰晶正是水的密度变大的原因。当温度达到4℃时，这些不易察觉的冰晶就可以完全融化。这时候它们可以被称为完全液态水，密度自然是最高的。当温度超过4℃时，水分子的运动趋于加速，分子间隙也开始增大，密度会逐渐增大。因此，水的密度在4℃时最高。

水的三种形态:固态、液态和气态。

水的密度也必须改变。如果不改变，那么水的三种形态，即固态、液态和气态都不会存在。其实气态就是水密度最低的时候。这样才会升到天上空形成云。固态是水密度的第二小形式。从漂浮在水中的冰可以知道，冰的密度绝对没有液态水的密度大。可以知道，液态水是水的三种形态中密度最大的。

0℃时

当水在零度结冰时，所有的分子结合在一起形成一个巨大的群体。在冰的结构中，每个氧原子与四个氢原子相连形成一个四面体，每个氢原子与两个氧原子相连。即氧原子的四个键(两个共价键和两个氢键)指向一个四面体的四个顶点，每个水分子被四个水分子包围，如图。

所以冰是一个非常紧凑的结构，里面有相当大的空。当冰融化时，一些氢键被打破，四面体结构解体，水分子可以紧紧地挤在一起。所以冰融化时体积会缩小。

冰浮在水面上。为什么？

原来，当水是固体(冰)时，分子之间的相互作用会使分子按照一定的规律排列，分子之间会形成一个结晶四面体。这种排列可以看做是类似的支撑作用，占据空的空间，比较松散，所以其密度自然没有液态水高，浮在水面上也是合理的。

在4℃时

在大约4℃时，有两种影响会改变水的密度:

第一，随着温度的升高，液态水的分子热运动加剧，分子间平均距离增大，导致水密度降低。

另一种是水中含有的冰晶随着温度的升高逐渐融化，分子间的平均距离减小，导致密度增加。

在1个大气压(101.325 kPa)下，水温低于4℃之前，后者的影响占主导地位；当水温高于4℃时，前者起主导作用。根据计算，0℃附近的水中大约有0.6%的冰晶。当温度逐渐升高时，这些冰晶逐渐被破坏，导致体积减小，密度增加，所以水的密度在4℃时达到最大值。

水的密度在4℃而不是0℃时最高？

当一定量的水从0℃加热到10℃时，水的体积先减小后增大，4℃为转折点，此时体积最小，密度最大。通过进一步研究发现，水热胀冷缩是不正常的。水低于4度时，热缩冷胀，导致密度降低。大于4度时，热胀冷缩。这是水最重要也是最奇特的特性之一。确保地球生命的延续。想想地球的冰河期。如果冰在下沉，暴露在低温空气体中的水就会一直结冰，然后整个海洋和地球就真的结冰了。

水的这种奇怪特性在自然界中很容易看到。比如冬天池塘里的水结冰，总是从水面开始。也就是说，一开始水面水温下降到0℃，下面水温高于0℃，从上到下温度逐渐升高，水底温度在4℃左右；密度逐渐增大，水底密度最高。正是由于水的这种奇特特性，才出现了“人走冰面，鱼在冰下游”的自然景象。

在湖水表面，冬季气温下降时，如果水温在4℃以上，上层的水变冷，体积缩小，密度变大，就沉到底，而下层的温水上升到上层。

水温达到0℃结冰时，密度最小。水的这种特性也会给人们的日常生活造成一些损失。比如水结冰时，体积膨胀产生的力足以使水管和水泥制品断裂。平时冰箱里放一瓶矿泉水，冰起来体积会变大，这是现成的例子。当然，它也能给人类带来好处，尤其是在保护鱼类和其他水生生物方面。

冰冻的湖泊，挖洞捕鱼

因为液态水在4℃时密度最高。当温度高于4℃时，水的密度随温度的降低而增大，但在0 ~ 4℃的温度范围内，水的密度随温度的降低而减小，直至冰点。正是这种特性，使得4℃的水下沉，在隆冬时水体从表面到底部形成由低到高的温度梯度，抑制了水的对流，以至于出现了冰封湖泊挖洞捕鱼的景象。这说明湖面结冰，但冰层下有液态水，湖底水温仍能稳定在4℃，使得鱼类等水生生物得以存活，在严寒中存活。

4℃的水和“千克”(kg)

1999年12月，人们以4℃时一立方分米水的质量确立了“公斤”(千克)的重量单位。选择4℃是因为水在这个温度下密度最大。

水的“热缩冷胀”特性的意义

冬天在冰面下，密度为4℃的水会沉到下层，而温度较低的水由于密度较低，会浮到离冰面更近的地方。这阻碍了水的上下对流，导致冰面不能快速向下生长。水中所有的生物，尤其是鱼，都能在冬天存活。

水密度和水分层

基于上述“水在4℃时密度最大”的特征，本文根据水的这一密度特征，说明一个整体中水的密度可能是不一致的，即密度差，因为大多数情况下表层水和底层水的温度不同，最终导致水(水温)分层。

水(水温)分层现象与水产养殖密切相关。冬季气温低于4℃时，水面温度相对较低，然后到下层水体时水温逐渐升高，再达到4℃。因此，冬季的鱼大多在较低的水体中活动，以抵御寒冷。因为4℃时正水温密度最高，上层水密度一般很小，更高的水密度沉在下面。因此，夏季和冬季尽可能加深水位是有益的。

当然，水产养殖中的“水(水温)分层”并不是以4℃为界限，而是基于上述“密度差”原理来探讨水与鱼的关系。高温季节水温分层明显，上下水体温差大。同时，水体中的溶解氧水平昼夜变化很大。夜间，受暖湿气流影响，水体上层水温随着气温的降低而逐渐降低，但密度也随之增加，产生异重流，即上下水体之间的对流。久而久之，水产养殖的上下水体差异会拉大，一旦达到临界点，就会出现水温分层。中、下层水体溶解氧缓慢补充，上层水体溶解氧逐渐减少，一般在凌晨达到最低水平。此外，由于夜间基本没有天然供氧源，底层水体的溶解氧更加缺乏，因此在清晨或早晨容易形成缺氧。

因此，水产养殖应尽量打破水温分层的形成，处理方法是打破水温分层，采用一些机械设备，如增氧机、微孔曝气等。当然，有风浪时，水温分层自然会消失。因此，养鱼户应掌握水的密度特征和水温分层规律，以保证渔业生产的顺利进行。