그건 물이 수소결합을 하기 때문입니다.

물에 대해 먼저 간단히 설명을 드리자면...

물 분자는 굽은형 구조를 가지고 있고, 그 기울기가 104.5도 입니다.

물 분자들은 어느 정도 거리를 가지고 있습니다.

근데 온도가 내려갈수록 운동량이 적어지면서 물 분자간의 거리가 짧아지고, 부피가 감소하죠.

(이 때 밀도는 커집니다.)

이렇게 온도가 내려갈수록 밀도가 커지면서 4℃의 물이 가장 부피가 작아집니다.

하지만 온도가 계속 내려가면 얘네들이 고체가 되기 위해 육각구조를 띱니다.

육각구조를 띠면서 분자간 빈 공간이 커지기 때문에 밀도는 감소하고, 부피가 커지죠.

때문에 물이 4℃에서 가장 무거운 이유는 수소결합이 끊어진 상태이기 때문입니다.

반대로 가 볼까요?

물이 4℃보다 따뜻해지면 분자들은 열팽창을 하게 됩니다.

그래서 거리는 멀어지고, 밀도가 커지죠.

물의 이러한 성질 덕분에 얼음이 물에 뜨고, 비교적 따뜻한 물이 아래에 가라앉으면서 겨울에도 물고기가 살 수 있게 된답니다^^

물은 0 °C~4 °C에서 육각형 구조를 일부 유지하므로, 온도가 올라가면 수소 결합의 일부가 끊어져 빈 공간을 채우기 때문에 부피가 감소하므로 밀도는 증가한다. 4 °C 이상에서는 물 분자의 운동이 활발해져 육각형 구조가 거의 파괴되고 부피가 증가하므로 밀도는 감소한다. 얼음은 수소 결합에 의해 빈 공간이 많은 육각형 구조를 가지고 따라서 물보다 부피가 크다. 얼음이 녹아 물이 될 때에는 수소 결합의 일부가 끊어져 빈 공간을 채우므로 부피가 감소한다

바로 물의 수소결합때문이에요. 4 도에서 수소결합 가장 강력하게 일어나 물 분자가 서로 꽉 잡아당겨 동일한 부피에도 더 많은 물 분자가 들어가게되어 무겁게되고 밀도가 올라갑니다

온도가 올라갈수록 수소결합이 붕괴되므로 물분자들의 사이가 멀어지세 되고 부피가 증가하며 밀도가 감소하게됩니다.

4도의 물의 밀도가 1에 가장 가까우므로 과학적으로 물4도의 밀도를 여러 실험의 표준으로 삼기도합니다.

예를들어 기름의 밀도는 0.8인데 이 0.8은 간단하게 물이 밀도가 1이라고 봤을때 물 무게의 80퍼센트다라고 볼수도있는겁니다.

안녕하세요~질문을 보니 시험보기위해 열심히 공부했던 기억이 나네요^-^

간단하게 말하자면 기준 부피(단위부피당) 물분자의 개수가 4도 일때 가장 많아서 그렇습니다!!

그럼 이제 좀 자세하게 설명해볼게요~

물이 4도에서 가장 무겁다고 말할 수 있는 것은 같은 부피당으로 비교를 했을 때 입니다.

다른 말로 단위 부피 당 질량이라고도 하죠

물은 H2O인 것 아실텐데요, 액체 상태에서는 하나 분자로 각기 존재하거나 수소결합을 통해 둘, 셋 정도의 분자가 붙어다니기도 합니다.

그런데 고체상태가 되면 주변의 모든 분자와 일정한 거리를 두고 수소결합하게 됩니다. 이때 이 분자들이 육각형을 이루는데 그러다 보니 오히려 분자 사이의 거리가 멀어지게 되는 알고 계실 거예요~

그러니까 액체 상태일 때는 ㄱ이라는 물분자 하나가 한 친구랑만 손잡고 비교적 자유롭게 다녔다면 고체 상태가 되면서 손잡기는 그대로 한 채로 더 많은 친구들과 손을 더 잡고 잡다가 전국민이 연속적인 원을 만들어 버리게 되어 서로 공간확보를 하고 있는 모습을 상상해보세요~

그렇게 되면 한 두 분자 당 차지할 공간이 넓어지겠다는 걸 상상할 수 있으신가요??

그럼 이 말을 다시 생각해보면 같은 넓이의 공간당 분자 수가 적을 것이라는 말과 일맥상통하죠?

그렇다면 왜 하필 4도 인가 하면 그냥 그런 겁니다.

4도일 때가 단위 부피 당 물 분자 수가 가장 많은 것으로 관찰된 것이죠

더 높거나 낮은 액체 상태의 물 분자들은 더 많은 에너지를 가지고 돌아댕기거나 오히려 수소결합을 통해 육각형의 공간을 확보했기 때문에 단위부피당 질량이 더 작았던 것입니다~~

물이 무겁다고 표현하기보다는 물의 밀도가 4도씨에서 가장 높다고 볼 수 있죠

얼음 결정 상태에서 물 분자들은(물 분자간의 수소 결합 때문에) 규칙적으로 일정한 자리를 차지하고 있는데,

얼음이 녹아 물이 되면 결정 구조가 깨지며,

이로 인해 빈 공간이 사라지기 때문에

전체 부피는 감소(밀도는 증가)합니다.

그런데 이때 얼음의 전체 결정 구조는 깨지지만,

한꺼번에 다 깨지는 것은 아니고,

부분적으로는 결정 구조를 가지는데,

이것을 클러스터(cluster)라고 합니다.

즉 0℃에서 4℃까지 점진적으로 서서히

클러스터가 감소하면서, 빈 공간이 감소하기 때문에,

밀도가 증가하는 것입니다.

출처: https://ywpop.tistory.com/4870 [좋은 습관]

네 4도에서 가장 부피가 작고 밀도가 높습니다.

온도가 낮다는 말은 에너지가 작다는 건데요.

에너지가 작으면 물 원자의 운동이 줄어듭니다. 쉽게 생각하면 추워서 움직이기 힘들다고 생각하면 되죠.

4도까지 온도가 낮아지면서 점차 원자간의 거리가 줄어들어 부피가 작아집니다.

부피가 작아지니 밀도는 올라가게 되구요.

근데 4도에서 0도까지 돼서 물이 얼게되면

무분별하고 불규칙적으로 운동하던 원자들이 정육면체의 입방형을 띄려고 합니다. 규칙성을 갖고 재배치되는거죠.

따라서 빈공간이 많아지게 되고 부피가 늘어납니다.

부피가 늘어나니 밀도는 작아지구요. 그래서 얼음이 물에 뜬답니다.~

얼음 결정 상태에서 물 분자들은 (물 분자간의 수소결합 때문에) 규칙적으로 일정한 자리를 차지하고 있는데,(그래서 물 분자와 물 분자 사이에는 많은 빈 공간이 존재합니다.) 얼음이 녹아 물이 되면 결정 구조가 깨지며,

이로 인해 빈 공간이 사라지기 때문에

전체 부피는 감소(밀도는 증가)합니다. 즉 0℃에서 4℃까지 점진적으로 서서히 빈 공간이 감소하기 때문에,

밀도가 증가하는 것입니다. 밀도가 증가하면 질량이 증가하지요.