水の密度はなぜ４℃のときに最大になるのですか？ 分かる方がいたら至急お願いしま...

fermentedbrainさん

密度＝質量／体積
ですよね。

温度によって質量は変化しませんから、変化しているのは体積です。
また、密度が最大になっているわけですから、以上より考えて、４℃で「体積が最小」になっているわけです。

では、何故体積が４℃で最小になるか？
４度以下（氷も含む）では、分子の運動が小さくなります。
結果、水分子間の水素結合が有効に働くんです。
水素結合は、ある一定の距離を持つときが安定なので、その距離を保とうとするわけです。
逆に言うと、それ以上は縮むのを拒みます。
よって、体積は比較的大きいんです。

一方、４℃以上になると、分子の熱運動が大きくなってきて水素結合は有効に働かなくなってきます。
分子が大きく動く分、一分子が占める体積が大きくなるんです。
結果、体積がやはり大きくなります。

４℃の状態というのは上記の２つの状態の中間なんですね。
水素結合がある程度働いたまま、分子の動きが大きくなる。
結果、水分子間の距離が縮む方向に動くんです（確率論の話ですが）。
結果的に、４℃において体積が最も小さくなります。

そのため、密度は最大になります。

rinkantsuさん

氷になると、水は水素結合によって隙間の多い結晶構造をとるためです。なので、分子が自由な液体状態の方が最密になり易いです。こういう固体密度＞液体密度の液体を異常液体といいます。