안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
물은 다른 물질들과 달리 아주 독특한 성질을 가지고 있어서 4°C에서 부피가 가장 작고 밀도가 가장 높아요. 보통의 물질은 차가워질수록 분자들이 빽빽하게 모여서 무거워지지만, 물은 수소 결합이라는 특별한 힘 때문에 4°C를 기점으로 변화가 생기거든요.
물이 4°C보다 높은 온도일 때는 열에너지 때문에 분자들이 활발하게 움직이며 서로 멀리 떨어져 있어요. 온도가 낮아지면 분자들의 움직임이 둔해지면서 점점 가까이 모여 밀도가 높아지는데, 4°C에 도달할 때까지는 이 현상이 정상적으로 일어납니다.
하지만 온도가 4°C 아래로 더 내려가면, 물 분자들이 서로 일정한 거리를 두고 육각형 모양의 빈 공간을 만들며 결합하기 시작해요. 이 빈 공간 때문에 오히려 부피가 다시 커지게 되고, 0°C가 되어 얼음이 되면 이 구조가 고정되면서 부피가 훨씬 늘어나 물보다 가벼워지는 것이죠. :)