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水在4℃时密度是1000kg/m3，水在4℃时密度最大，是由于水分子间有氢键缔合这样的特殊结构所决定的，根据近代X射线的研究，证明了冰具有四面体的晶体结构。
水分子这个四面体是通过氢键形成的，是一个敞开式的松弛结构，因为五个水分子不能把全部四面体的体积占完，在冰中氢键把这些四面体联系起来，成为一个整体。这种通过氢键形成的定向有序排列，空间利用率较小，约占34％、因此冰的密度较小。
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