这种独特的现象与水的官能团有关。
冰具有低密度，因为它具有蜂窝结构。
因此，冰是一种非常紧凑的结构，内部空间相当大。 当温度从高温升至0℃时，随着冰的融化，一些官能团被破坏，多面体结构被打破，水分子可以相对紧密地堆积在一起。 因此，冰融化时体积会缩小； 冰的体积将继续减少； 所有官能团的熔化不能破坏所有的官能团，蜂窝结构只是部分坍塌，液体底部由官能团连接的聚集体（H2O）n与单个H2O分子共存。
从0℃开始，一方面，随着温度下降，骨料的有限结构不断瓦解，导致体积进一步收缩，密度进一步降低。 另一方面，随着温度下降，液态水的分子热运动加剧，分子间的平均距离减小，从而降低了水的密度。
3.98℃是这两种相反趋势达到动态平衡时的体温。
参考：
1.张振杰。 4℃水的最大密度成因的初步分析[J]. 宝山学院学报，1986(03)：130-132。
2、为什么水在4℃时密度最大盐水的密度和水的密度谁大，科普中国，
3. 石其珍，无机物理与物理分析，第三版，高等教育出版社，2011。
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