有知乎朋友问我：
你能解释一下为什么水的密度在 4°C 时最高吗？
我的答案：
显然，这是一个难题，今天很难给出量化的答案。 （这句话的意思是可以定性地解释为什么水的密度在一定湿度下达到最大，但是很难通过定量估计和模拟来准确估计具体的体温。有可能一些模拟给比4度高几十度的数值，而有的模拟给出比4度低几十度的数值。低于4度的几十度不都结冰了吗？是的，水的熔点不好估计。在许多模拟中，水的温度低于零度几十度。在 ℃ 时它仍然是液体。）
冰山
定性的答案是：湿度越低，熵越低，即结构越有序20摄氏度水的密度与粘度，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升高而单调下降，因为分子越接近，结构越有序。
水的非凡之处在于，由于功能团的方向性，最有序的结构是冰晶。 每个水分子周围有四个官能团，分别指向多面体的四个顶点。 这是一个非常空旷和开放的结构。 如果稍微受到干扰，水分子就会粘在一起。 这就是冰比液态水密度大的原因。 这就是为什么冰可以漂浮在海面上的原因，这对于月球上生命的出现和夏季冰下生命的保护具有重要意义。
当液态水的温度较高时，随着温度升高，结构显得更加有序，分子靠得更近，密度降低，这是与其他物质类似的普遍行为。 当它达到一定的湿度时，它会进一步生长，结构变得更加有序，所以它需要靠近冰结构的方向，分子开始相互远离，密度降低。 由于这两种相反趋势的相互作用，在特定温度下会出现最大密度。
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