水在4℃時密度zui大,，是由于水分子間有氫鍵締合這樣的特殊結(jié)構(gòu)所決定的,。根據(jù)近代X射線的研究，證明了冰具有四面體的晶體結(jié)構(gòu),。這個四面體是通過氫鍵形成的,，是一個敞開式的松弛結(jié)構(gòu)，因為五個水分子不能把全部四面體的體積占完,，在冰中氫鍵把這些四面體起來,，成為一個整體。這種通過氫鍵形成的定向有序排列,，空間利用率較小,，約占34％、因此冰的密度較小,。

水溶解時拆散了大量的氫鍵,，使整體化為四面體集團和零星的較小的“水分子集團”(即由氫鍵締合形成的一些締合分子)，故液態(tài)水已經(jīng)不象冰那樣*是有序排列了,，而是有一定程度的無序排列,，即水分子間的距離不象冰中那樣固定，H₂O分子可以由一個四面體的微晶進入另一微晶中去,。這樣分子間的空隙減少,，密度就增大了。

溫度升高時,，水分子的四面體集團不斷被破壞,，分子無序排列增多，使密度增大,。但同時,，分子間的熱運動也增加了分子間的距離，使密度又減小,。這兩個矛盾的因素在4℃時達到平衡,，因此，在4℃時水的密度zui大,。過了4℃后,，分子的熱運動使分子間的距離增大的因素,，就占優(yōu)勢了，水的密度又開始減小,。