안녕하세요. 진정현 과학전문가입니다.

물의 분자 구조 때문입니다.

물은 H2O 분자들이 떠돌아 다니면서 서로 작용하고 얼음은 규칙적으로 배열되어 있습니다.

그리고 얼음은 분자들 사이의 공간이 매우 넓어 그 사이로 물 분자들이 들어갈 수 있습니다.

물은 온도가 낮아질수록 활동성이 감소하여 분자간의 거리가 감소하고 밀드는 증가하게 됩니다.

4도쯤 되면 밀도가 높을 거고 그 이하 0~3도로 가면 얼음으로 가기 위한 구조를 일부 가지기 때문에 4도보다 밀도는 낮게 형성됩니다.

이야기하신것처럼 얼음의 밀도가 낮아 물에 뜨고 얼음이 물상태일때보다 부피가 9%정도 증가해 터지기도 합니다.

안녕하세요. 김계민 과학전문가입니다.

섭씨 4도에서는 물분자의 결합이 깨지고 부피가 최소가 됩니다.

그래서 물의 밀도가 가장 커지게 됩니다.

수도관 동파나 냉동실 석수병이 빵빵해지는것도 같은 이유에 의해서이지요.

얼음은 물보다 부피가 9%증가합니다.

H2O간의 수소결합이 4도시에서 모두 깨지기 때문에 부피는 최소가 되는 원리입니다.

궁금증이 해소되길 바랍니다.

안녕하세요. 김태경 과학전문가입니다.

물은 기본적으로 온도가 올라가면 물 분자의 열 운동이 활발하기 때문에 팽창하여 밀도가 작아지고, 온도가 떨어지면 물 분자의 열 운동이 둔해지기 때문에 수축하여 밀도가 커집니다. 그런데 4°C 이하에서는 팽창한 물 분자의 구조가 많아져서 밀도가 작아지는 것입니다

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.

한겨울에 호수는 꽁꽁 얼어도 그 아래서 물고기는 유유히 헤엄쳐 다닙니다.

물은 왜 위부터 얼까? 영하로 떨어진 차가운 공기에 닿아서만은 아닙니다.

다른 액체는 위가 따뜻하고 아래는 차가워 위아래가 거의 동시에 얼지만 유독 물만 위가 얼어도 아래는 섭씨 4도를 유지합니다.

[앤더스 닐슨/스톡홀름대 교수 : 가장 이상한 건 컵 바닥에도 4℃의 물이 깔려 있다는 것입니다.]

물은 섭씨 4도에서 가장 무겁다는 건 알았지만 그 원인을 밝혀내지 못했습니다.

포항공대와 스톡홀름대 연구진이 길이 700m가 넘는 방사광 가속기로 엄청나게 밝은 빛을 만들어 물에 통과시켰습니다.

물의 구조를 관측한 결과, 물은 무거운 것과 가벼운 것 2종류가 있다는 걸 입증했습니다.

원자 사이의 거리가 가까워 밀도가 높으면 무거워지고 반대로 거리가 멀어 밀도가 낮으면 가벼워진다는 겁니다.

이런 물 구조의 변화는 섭씨 4도를 기점으로 나타납니다. 물이 얼면 부피가 늘어나는 이유도 원자간 거리와 관련이 있습니다.

[출처] 4도의 물이 가장 무거운 이유|작성자 곰말나무

안녕하세요. 과학전문가입니다.

0도에서 4도까지 서서히 클러스터가 감소하면서 빈 공간이 감소하여 밀도가 증가하는데

물 온도가 올라가면 분자의 운동에너지가 증가하여 물 분자들간 공간이 넓어지기 때문에 밀도는 감소합니다.

4도에서 클러스터는 사라지고 자유로운 물 분자만 남습니다. 즉 4도 이후부터 밀도가 감소되는 것이지요.