4℃密度最大
現象：水與其他物質一樣，也遭到熱脹冷縮的規律影響。當氣溫增加，同樣重量的水都會收縮，但是這現象到了攝氏四度的時侯就出現改變，四度以下的水反倒會膨脹。也就是說，四度的水是最重的，到了零度結冰時，冰就比水更輕。緣由是哪些呢？
因為水份子是極性很強的分子，能通過構象結合成締合分子（多個水份子組合在一起）。液態水，除富含簡單的水份子(H2O)外，同時還富含締合分子，最典型的兩種是(H2O)2和(H2O)3，后者稱為雙分子締合水份子。物質的密度由物質內分子的平均寬度決定。當氣溫在0℃水未結冰時，大多數水份子是以(H2O)3的締合分子存在，當氣溫下降到3.98℃()時水份子多以雙分子締合水份子的方式存在（在溫度由0℃升至4℃的過程中，由締合水份子絡合物破裂導致水密度減小的作用，比由分子熱運動速率推進導致水密度降低的作用更大，所以在這個過程中，水的密度隨氣溫的增高而加強。），分子搶占空間相對減少，此時水的密度最大。假如水溫再繼續下降在3.98℃以上，通常物質熱脹冷縮的規律即占主導地位了。溫度降到0℃時，水締結冰，水結冰時幾乎全部分子締合在一起成為一個巨大的締合分子，在冰中水分子的排布是每一個氧原子有四個氫原子為近鄰(兩個共價鍵，兩個官能團)，這樣一種排布引起成一種敞開結構，也就是說冰的結構中有較大的縫隙，所以冰的密度正比同水溫的水小。影響：這些妙不可言的奇異現象會使冬天里海洋、江河和河流的水，于結冰以后浮到海面，而氣溫較高的水則因較重而沉到冰塊之下。最后，當整個湖面凍結成冰，上層的水卻依然繼續保持其液體形態，不受寒流的影響，而海洋河流內中的生命，亦因而得以存活。
同樣的熱脹冷縮道理，對陸地上帶有水份的泥土水的密度比冰大的原因，也是一份難得的祝愿。在冬天，泥土中的水份尚且會結冰，卻因水份的容積變大而同時令泥土略為漲大。結果每次從寒流到秋天，溫度增加然后又再下降，大地中的水份先從水漲大成為冰，又從冰縮小弄成水，大地就以此經歷一個天然的松土過程。泥土不但握住了，并且還帶有充足的水份，農小麥因此得以生長！水在四度時最重，實在是精彩的設計。推論：以上談論的只是一個客觀的現象，一個事實。但這個事實讓我覺得很神奇，讓我總是想問：為何偏偏剛好？假如水的密度不是那么的特殊，這么冬天一來，湖里的水當表面結冰以后，由于它密度小于下邊的水，所以它將下沉到水中，而表面又被水代替，水受冷以后，再度結冰，再度下沉，這般繼續下去，將只有一個結果：那就是整個河流里的水全部都結了冰，于是水里的生命全部死亡！所幸的是：水很特殊水的密度比冰大的原因，所以生命得以保全。我覺得整個這一切很奇妙，莫非這是碰巧而至的？