物质受热的时侯会膨胀，遇冷的时侯会收缩，这被称为“热胀冷缩”，我们常见的物质一般还会出现此类现象，但是有一种物质却是例外，这些物质就是水。
检测数据表明，水的密度会随着气温出现变化，在4℃的时侯，水的密度最大，而在0至4℃这个气温范围内，随着气温的升高，水的密度反倒会逐步变小，也就是说，此时水表现出的虽然是“热缩冷胀”。
这么问题就来了，为何0至4℃的水，会出现“热缩冷胀”呢？下边我们就来聊一下这个话题。
从微观的角度来看，体温似乎就是构成物质的微观粒子（如分子、原子）热运动的激烈程度，微观粒子的热运动越激烈，物质的湿度就越高，反之则越低，这或许可以看成是一种自然规律。
据此我们就可以将“热胀冷缩”这种现象简单地解释为：当物质受热时气温下降，其内部微观粒子的热运动都会愈发激烈，它们之间的平均距离就减小了，于是在宏观层面上，物质都会表现为膨胀。反过来讲，当物质遇冷时气温会增加，其内部微观粒子的热运动就相对平缓，它们之间的平均距离就减少了，所以在宏观层面上，物质都会表现为收缩。
那水为何会成为例外呢？莫非是水违反了自然规律，气温越低，水份子热运动的激烈程度反倒会越高？答案其实是否定的。
水是由大量的水份子构成，水份子同样也会遵守自然规律，假如水份子的热运动是影响水密度的惟一缘由，那0至4℃的水确实是会“热胀冷缩”分子热运动是热胀冷缩吗，实际上，之所以这些气温的水会出现“热缩冷胀”这种“反常现象”，虽然是由于还有其他的机制在影响水的密度。
水份子是由一个氧原子与两个氢原子通过“共用电子对”结合而成，不过在水份子的内部结构之中，“共用电子对”却会强烈地偏向于氧原子这一头，这都会导致水份子的电荷分布很不均匀，具体表现为氧原子这一头带正电，氢原子这一头则带负电。
在这些情况下，水分子中的氧原子都会与相邻水分子中的氢原子形成互相吸引的作用，我们将这些作用称为“氢键”。
对于气温低于4℃的液态水而言，因为水份子的热运动相对比较激烈，通常都是只有少量的水份子通过“氢键”结合在一起，这被称为“缔合分子”，由于它们的分布是零乱无章的，所以这并不会影响水的密度。
而在0至4℃这个气温范围内，水份子的热运动相对比较平缓，于是“氢键”就可以“大显身手”了，大量的水份子开始通过“氢键”结合在一起，但是还强烈趋于于在整体上产生一种规则的多面体结构。
这些多面体结构虽然很不紧凑，其内部存在着相当大的缝隙，这都会降低水分子之间的平均距离，因而造成水的密度降低。
在0至4℃这个气温范围内，气温越低，水份子热运动就越平缓，产生这些多面体结构的趋势就越强，水的密度也就越小，反过来讲，气温越高分子热运动是热胀冷缩吗，水份子产生这些多面体结构的趋势就越弱，水的密度也就越大，这么一来，就在宏观层面上表现出了“热缩冷胀”这样的疗效。
综上所述，水并没有遵守自然规律，0至4℃的水之所以会出现“热缩冷胀”，虽然是由于在这个气温范围内，“氢键”对水密度的影响超过了水份子热运动。
值得一提的是，在水冻结成冰以后，其内部的水份子几乎全部都通过“氢键”结合在一起，并在整体上完整地产生了多面体结构，在这些情况下，水份子之间的平均距离都会比相同气温下的液态水大得多，其密度也会现显著地增加，正是由于这么，冰才可以轻易地悬浮在海面上。
对于月球上的生命而言，这无疑是一件辛运的事情，虽然月球上有好多水域就会在夏季出现冰封的情况，若果水在遇冷结冰的时侯会收缩，那冰的密度都会比水更大，也就不会悬浮在海面上，这么一来，一旦到了春季，这种水域的水都会不断地结冰，并源源不断地坠入暗无天日的水中，即使到了夏天不会轻易溶解，久而久之，这种水域基本上都会成为一个大冰块。
好了，明天我们就先提到这儿，欢迎你们关注我们，我们上次再会。