這種獨特的現象與水的官能團有關。
冰具有低密度，因為它具有蜂窩結構。
因此，冰是一種非常緊湊的結構，內部空間相當大。 當溫度從高溫升至0℃時，隨著冰的融化，一些官能團被破壞，多面體結構被打破，水分子可以相對緊密地堆積在一起。 因此，冰融化時體積會縮小； 冰的體積將繼續減少； 所有官能團的熔化不能破壞所有的官能團，蜂窩結構只是部分坍塌，液體底部由官能團連接的聚集體（H2O）n與單個H2O分子共存。
從0℃開始，一方面，隨著溫度下降，骨料的有限結構不斷瓦解，導致體積進一步收縮，密度進一步降低。 另一方面，隨著溫度下降，液態水的分子熱運動加劇，分子間的平均距離減小，從而降低了水的密度。
3.98℃是這兩種相反趨勢達到動態平衡時的體溫。
參考：
1.張振杰。 4℃水的最大密度成因的初步分析[J]. 寶山學院學報，1986(03)：130-132。
2、為什么水在4℃時密度最大鹽水的密度和水的密度誰大，科普中國，
3. 石其珍，無機物理與物理分析，第三版，高等教育出版社，2011。
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