为什么水在4℃以上是热胀冷缩，而4℃以下热缩冷胀？
水在4℃以上表现出热胀冷缩的特性，而在4℃以下则表现出热缩冷胀的特性，这主要是由于水分子间氢键的变化和平衡状态所导致的。
首先，水分子由两个氢原子和一个氧原子构成，它们之间通过氢键相互连接。在4℃以上，随着温度的升高，水分子的热振动增强，这使得水分子间的距离随着温度的升高而增大，从而导致水的体积增大，密度减小，符合热胀冷缩的规律。这一现象可以用“水在4℃以上是符合热胀冷缩的”来描述15。
然而，在4℃以下，情况则有所不同。当温度低于4℃时，水分子间的氢键开始变得更加紧密，导致水分子间距减小，水的体积缩小，密度增大，这与热胀冷缩的一般规律相反，表现为热缩冷胀。这种现象在“水在0℃至4℃的范围内，呈现出冷胀热缩的现象”中有所体现11。
特别地，在4℃时，两种相反的机制几乎达到平衡，水分子间距最小，水的密度最大。这是因为在4℃时，水分子的结构从冰的结构逐渐转变为液态水的结构，水分子之间的平均距离逐渐减小，因此水的体积逐渐缩小，密度逐渐增大，如“水在4℃时，体积最小，密度最大”所述1718。
此外，水的这种特性对其物理状态和自然界中的水体有重要影响。例如，在冬季，湖面从表面开始结冰，之后才向下逐步冻结，这是因为水在4℃时密度最大，而冰的密度比水小，所以冰能浮在水面上，保障水下生物的生存45。
综上所述，水在4℃以上热胀冷缩，而在4℃以下热缩冷胀，这一特性与水分子间氢键的变化和平衡状态密切相关，对自然界中的水体和生物具有重要的意义。
水的密度变化规律1 | 密度变化 水在0℃至4℃密度增大，4℃以上密度减小。 |
水的反膨胀特性2 | 反膨胀特性 水在0℃—4℃密度最大，冰的密度小于水。 |
氢键对水体积的影响3 | 氢键作用 氢键影响水分子间距，决定水体积变化。 |
水的密度与温度关系4 | 密度与温度 水在4度达到最大密度，高于凝固点液态水。 |
水分子间距与温度6 | 分子间距平衡 4℃时水分子间距最小，密度最大。 |
水的热胀冷缩现象7 | 热胀冷缩现象 高于4℃水热胀冷缩，低于4℃热缩冷涨。 |
水1 | 水的密度变化 水在0℃至4℃时密度逐渐增大，4℃时密度最大，之后逐渐减小。 |
水2 | 反膨胀特性 水在0℃—4℃之间具有反膨胀特性，4℃时密度最大，结冰时密度减小。 |
水分子间氢键3 | 氢键影响 水分子间氢键导致水在4℃时体积最小，密度最大。 |
水4 | 密度与温度 水在4度达到最大密度，高于凝固点液态水的密度。 |
水6 | 温度与密度平衡 4℃时水分子间距最小，密度最大，超过4℃热振动导致分子间距增大。 |
水7 | 氢键与密度变化 水分子间氢键在高温时增多，影响水的密度变化。 |
水10 | 密度变化规律 冰遵循热胀冷缩，水在0到4度热缩冷涨，4度以上热胀冷缩。 |
水11 | 特殊温度区间 水在0℃到4℃区间内冷胀热缩，其他温度遵循热胀冷缩。 |
水12 | 氢键角度变化 低于4℃时氢键角度变化导致水分子间距变化，影响密度。 |
水13 | 冰与水的结构 冰结构疏松，水分子间距大，导致冰的密度小于水。 |
水14 | 冷涨热缩现象 在0到4摄氏度范围内，水的体积随温度升高而减小。 |
水15 | 生物生存保障 水的热缩冷胀特性保障了水下生物在结冰时的生存。 |
水16 | 热缩冷胀现象 水在0℃时出现热缩冷胀现象，与一般物体的热胀冷缩不同。 |
水17 | 反常膨胀规律 水在4℃以下热缩冷胀，4℃以上遵循热胀冷缩规律。 |
水18 | 密度与膨胀规律 水在4℃时密度最大，冰的密度略小于水，因此能浮在水面上。 |
水分子3 | 水分子特性 水分子间氢键影响水的体积变化。 |
水4 | 水的密度变化 在4度达到最大密度，高于凝固点液态水的密度。 |
水6 | 温度与密度关系 4℃时密度最大，温度变化导致密度变化。 |
水分子7 | 氢键与密度 温度较高时水分子间氢键数量影响密度。 |
水13 | 冰与水的结构 冰的结构比液态水更疏松，导致冰的密度小于水。 |
水15 | 生物生存保障 冰的密度小，保障水下生物的生存。 |
水17 | 热胀冷缩规律 在4℃以上遵循热胀冷缩，4℃以下反常膨胀。 |