水の密度

水は、４℃のとき密度が最も大きくなる。

このことをどなたか説明してください。
私は、最近化学を勉強しなおしています。
高校レベルの説明で充分です。

No.1 ベストアンサー 回答者： maku_x 回答日時： 2007/07/01 03:47

Wikipedia を見ると、1行だけさらっと書いてありますね。

「液体である4℃の状態で最も密度が大きくなるという性質は水素結合の性質に起因している。」

記述内容は、まさに高校レベルです。これは私の想像ですが、水分子の振動と水素結合による分子間の振動が 4℃のときにちょうど打ち消しあって、分子間の距離が最小になるのではないか、と考えます。実は、本当の理由は良く判っていないのかも知れません。普通の液体は融点(凝固点)で密度が最大になりますし。そういう意味では、水は非常に特殊な性質を持った物質です。

参考URL：http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4

No.2 回答者： ht1914 回答日時： 2007/07/01 07:31

氷が水に浮くということは氷の密度が水よりも小さいということです。

凍ると体積が増えます。隙間の多いダイヤモンド型に似た構造になります。この構造を作っているのが水素結合です。
融けるとこの構造が徐々に崩れて行きます。隙間が埋められて体積が減ります。それと同時に分子の動きも徐々に激しくなっていきます。
隙間の多い構造が崩れて体積が減る効果と分子運動が盛んになって徐々に分子の平均距離が大きくなっていくという２つの効果のかねあいで体積最小（＝密度最大）が出てくるのでしょう。