水的密度在3.98℃時最大,為1×103kg/m3,溫度高于3.98℃時,水的密度隨溫度升高而減小 ,在0～3.98℃時,水不服從熱脹冷縮的規(guī)律,密度隨溫度的升高而增加.
注：大部分物質(zhì)固態(tài)時的密度比液態(tài)時要高；因此,一塊固態(tài)純“物質(zhì)”會沉入液態(tài)的純“物質(zhì)”中.但是,一塊普通的冰卻會在水上浮,這是因為固態(tài)水的密度比液態(tài)水要“低”.這是水的一項非常重要的特性.在室溫時,液態(tài)水在溫度降低時密度會增加,這跟一般物質(zhì)無異.但在接近冰點的4°C 時,水達到其最大密度,而且當(dāng)水的溫度繼續(xù)向冰點下降,在標準狀態(tài)下液態(tài)水會膨脹,密度并因此會變“低”.這現(xiàn)象的物理原因跟普通冰的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān),該結(jié)構(gòu)又被稱為六角形冰Ih.水、鎵、鉍、銻和硅都會在凝固時膨脹；其他大部份材料則收縮.但要注意的是,并不是所有種類的冰密度都比液態(tài)水低.例如高密度非結(jié)晶冰和超高密度非結(jié)晶冰的密度都比液態(tài)純水要高.因此,普通冰密度比水高的理由并不能容易地憑直覺所得,而且它跟氫鍵固有的不尋常特性有很大關(guān)系.
總的來說,水在凝固時的膨脹是由于其以氫鍵不尋常的彈性而排成的縱列分子結(jié)構(gòu),以及能量特別低的六角形晶體形態(tài)（也就是標準狀態(tài)下所采用的形態(tài)）.那就是當(dāng)水冷卻的時候,它嘗試在晶格形態(tài)下成堆,而該晶格會把鍵的旋轉(zhuǎn)及振動分量拉長,所以一個水分子會被鄰近的幾個分子推擠,這實際上就減少了當(dāng)水在標準狀態(tài)下成冰時的水密度ρ.