水在4℃时密度最大的原理与水产养殖的关系

一、水的反常膨胀现象：热缩冷胀

水是最普通、最常见的物质。所有有生命体征(包括人类)的动、植物的生存都离不开水，水是生命之源。人们把水的凝固点作为记录温度的零点，并把水的沸点定为100℃，即把水的相变点作为自然所有物质温度的标尺。

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”。

我们知道，物质基本上都是热胀冷缩的特性，受到加热，粒子之间运动加快，粒子之间间隙加大，表现密度减小。而低温下恰恰相反，粒子之间运动减小，表现间隙减小，反之密度加大。但这似乎不能解释水的这种现象，为何低温状态下的冰密度会比水小，在这里如果仍用"热胀冷缩"就说不通了。而且，根据现有研究表明，在液态水形态下，它的密度在超冷水状态或者趋于零度时竟然不是最大，而是在4℃时密度最大，这也不适用于热胀冷缩的说法。

二、现在来说说为何4℃时水的密度才是最大的？

通过观测发现，在低于4℃条件下的水，即使没有结冰，早就在水中形成肉眼不可见的冰晶体，这些冰晶体恰恰导致水的密度变大的原因。而温度到达4℃时才能充分融化这些不可察觉的冰晶体，这个时候才能称为完全液态水，密度自然最大。超过4℃，水分子的运动有加快趋势，分子间隙也开始加大，密度也会逐渐加大。所以4℃时是水密度最大的时候。

三、水的三种形式：固态，液态，气态

水的密度肯定也应该是会变化的，如果不会变化，那水的三种形式即固态，液态，气态就不存在。事实上气态是水密度最小的时候，只有这样才会上升天空，形成云。而固态是水密度第二小的形态，由形成的冰漂浮于水可以知道，冰的密度是绝对没有液态状的水大的。由此可以知道，液态水是水的三种形态下密度最大的存在。

四、0℃时

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，如图所示。

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。

 五、冰是浮于水面之上的，为什么呢？

原来，当水为固态(冰)时，分子间的相互作用力会使分子按一定的规则排列，分子之间会形成结晶四面体。这种排列方式可以看做类似支撑作用，会占据空间，比较松散，密度自然就没有液态水大，漂浮于水面之上也在情理之中。

六、4℃时

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。