水結(jié)冰體積變大的原因：
(1)液態(tài)水中水分子排布不規(guī)則,凝固后,排布變規(guī)則了,由于氫鍵的作用,水分子間形成四面體結(jié)構(gòu),使得水分子間的空隙變大,所以水變冰后體積增大.含氫鍵的無機(jī)物質(zhì)主要有水、氨和氟化氫,他們?cè)谀虝r(shí)都變成空間多面體（水、氨為四面體,氟化氫為空間雙鏈結(jié)構(gòu)）,所以他們都會(huì)冷脹.有機(jī)化學(xué)中大部分含氧衍生物都可能有氫鍵,但是基于碳架的影響,其氫鍵形成情況會(huì)非常復(fù)雜.
(2)水凝固成冰,它的分子的平均動(dòng)能會(huì)減小,但它本身為了阻礙這種變化,它的分子勢(shì)能要增加,所以它的體積會(huì)增加.另外除了在0~4攝氏度是這樣的,其它的溫度,應(yīng)遵循常理.溫度變低,溶于水的氣體的溶解度隨溫度的下降而變低,于是氣體溢出,但在溫度下降過程中,被結(jié)成的冰擋在里面,于是體積增大了（氣體體積比液體大,這個(gè)大家都知道吧?!）
(3由于水分子是極性很強(qiáng)的分子,能通過氫鍵結(jié)合成締合分子（多個(gè)水分子組合在一起）.液態(tài)水,除含有簡(jiǎn)單的水分子(H2O)外,同時(shí)還含有締合分子,最典型的兩種是(H2O)2和(H2O)3,前者稱為雙分子締合水分子.物質(zhì)的密度由物質(zhì)內(nèi)分子的平均間距決定.當(dāng)溫度在0℃水未結(jié)冰時(shí),大多數(shù)水分子是以(H2O)3的締合分子存在,當(dāng)溫度升高到3.98℃(101kPa)時(shí)水分子多以雙分子締合水分子的形式存在（在水溫由0℃升至4℃的過程中,由締合水分子氫鍵斷裂引起水密度增大的作用,比由分子熱運(yùn)動(dòng)速度加快引起水密度減小的作用更大,所以在這個(gè)過程中,水的密度隨溫度的增高而加大.）,分子占據(jù)空間相對(duì)減小,此時(shí)水的密度最大.如果溫度再繼續(xù)升高在3.98℃以上,一般物質(zhì)熱脹冷縮的規(guī)律即占主導(dǎo)地位了.水溫降到0℃時(shí),水結(jié)成冰,水結(jié)冰時(shí)幾乎全部分子締合在一起成為一個(gè)巨大的締合分子,在冰中水分子的排布是每一個(gè)氧原子有四個(gè)氫原子為近鄰(兩個(gè)共價(jià)鍵,兩個(gè)氫鍵),這樣一種排布導(dǎo)致成一種敞開結(jié)構(gòu),也就是說冰的結(jié)構(gòu)中有較大的空隙,所以冰的密度反比同溫度的水小.)
(4)冰具有四面體的晶體結(jié)構(gòu).這個(gè)四面體是通過氫鍵形成的,是一個(gè)敞開式的松弛結(jié)構(gòu),因?yàn)槲鍌€(gè)水分子不能把全部四面體的體積占完,在冰中氫鍵把這些四面體聯(lián)系起來,成為一個(gè)整體.這種通過氫鍵形成的定向有序排列,空間利用率較小,約占34％、因此冰的密度較小.
水溶解時(shí)拆散了大量的氫鍵,使整體化為四面體集團(tuán)和零星的較小的“水分子集團(tuán)”(即由氫鍵締合形成的一些締合分子),故冰水已經(jīng)不象冰那樣完全是有序排列了,而是有一定程度的無序排列,即水分子間的距離不象冰中那樣固定,水分子可以由一個(gè)四面體的微晶進(jìn)入另一微晶中去.這樣分子間的空隙減少,密度就增大了.