水变成冰为什么体积变大，水结冰膨胀的原理

在自然界中，水变冰究竟为什么会膨胀呢？

因为在同等质量下，冰的密度比水小，所以它的体积会变大，将水冻成冰的时候，就会膨胀。根据科学研究的结果，0°C的水冻成冰的时候，体积大约会增加1/11。

大家在物理课中都学过，冰在0℃下的密度为0.92g/cm³，而水的密度正常为1.00g/cm³，所以冰的密度小于水，能够浮在水上面。物理老师也经常给大家演示过，同等质量的水把它冻成冰，一定会膨胀。这是因为，质量=密度*体积，当质量相同的时，冰的密度变小，那么体积一定会变大。

冰是水的固体，是水分子有序排列形成的结晶。冰分子中每个分子会被四个分子所包围，形成一个四面体，这种排列由分子间的范德华力决定。而水分子主要靠氢键的作用力，氢键的作用力会抵消一部分范德华力的作用，这会使水分子之间靠得更近。所以，冰的排列较为疏松，密度会比水要小。

正因为冰的密度比水小，所以当温度下降的时候，结的冰会浮在水面上。在自然界中，我们可以用演绎推理的想法来思考这个问题。正因为冰的密度小，所以能浮在水面上，保证了水下生物的生存安全。当气温回升的时候，冰在上面，所以最先解冻。如果冰的密度比水大，这样一来，结的冰会沉到水底，上面的水继续冰冻，直到所有的水都会变成冰，那么所有的水生生物就不存在了。

所以说，自然界有很多东西都有着神奇的道理，很多原理都是相辅相成的。亲爱的读者朋友，你们想明白这个道理了吗？还有什么问题，欢迎在评论区分享。

物体热胀冷缩，但为什么水冻成冰后体积反而变大了呢？

这是水的反常膨胀现象。、

反常膨胀是指一般物质由于温度影响，其体积为热胀冷缩。水的反常膨胀 只有在0℃到4℃的范围内的水才显示出反常膨胀的现象来。水的反常膨胀现象可以用氢键、缔合水分子理论予以解释。

液态水，除含有简单的水分子（H2O）外，同时还含有缔合分子(H2O)2和(H2O)3等，当温度在0℃水未结冰时，大多数水分子是以(H2O)3的缔合分子存在，当温度升高到3.98 ℃（101 kPa）时，水分子多以(H2O)2缔合分子形式存在，分子占据空间相对减小，此时水的密度最大。如果温度再继续升高在3.98 ℃以上，一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了。水温降到0 ℃时，水结成冰，水结冰时几乎全部分子缔合在一起成为一个巨大的缔合分子，在冰中水分子的排布是每一个氧原子有四个氢原子为近邻（两个共价键，两个氢键）。这样一种排布导致成一种敞开结构，也就是说冰的结构中有较大的空隙，所以冰的密度反比同温度的水小。

水结冰为什么膨胀?

为什么水结冰会膨胀

因为冰的密度比水小，水结冰质量不变，密度减小所以体积变大，也就是膨胀

36，水结冰后为什么体积会膨胀

这是水特有的反常膨胀特性造成的，可用有关化学知识来解释。

一般情况下，物体遵守热胀冷缩，也就是对于同一物体“固体的密度应比液体大”

可是水却相反，其成因涉及到化学知识。

在一般情况下，当物体的温度升高时，物体的体积膨胀、密度减小，也就是通常所讲的“热胀冷缩”现象。然而水在由0℃温度升高时，出现了一种特殊的现象。人们通过实验得到了ρ－t曲线，即水的密度随温度变化的曲线。在温度由0℃上升到4℃的过程中，水的密度逐渐加大；温度由4℃继续上升的过程中，水的密度逐渐减小；水在4℃时的密度最大。水在0℃至4℃的范围内，呈现出“冷胀热缩”的现象，称为反常膨胀。水的反常膨胀现象可以用氢键、缔合水分子理论予以解释。

物质的密度由物质内分子的平均间距决定。对于水来说，由于水中存在大量单个水分子，也存在多个水分子组合在一起的缔合水分子，而水分子缔合后形成的缔合水分子的分子平均间距变大，所以水的密度由水中缔合水分子的数量、缔合的单个水分子个数决定。具体地说，水的密度由水分子的缔合作用、水分子的热运动两个因素决定。当温度升高时，水分子的热运动加快、缔合作用减弱；当温度降低时，水分子的热运动减慢、缔合作用加强。综合考虑两个因素的影响，便可得知水的密度变化规律。

在水中，常温下有大约50％的单个水分子组合为缔合水分子，其中双分子缔合水分子最稳定。

多个水分子组合时，除了呈六角形外（如雪花、窗花），还可能形成立体形点阵结构（属六方晶系）。每一个水分子都通过氢键，与周围四个水分子组合在一起。边缘的四个水分子也按照同样的规律再与其他的水分子组合，形成一个多分子的缔合水分子。由图可知，缔合水分子中，每一个氧原子周围都有——4个氢原子，其中两个氢原子较近一些，与氧原子之间是共价键，组成水分子；另外两个氢原子属于其他水分子，靠氢键与这个水分子组合在一起。可以看出，这种多个分子组合成的缔合水分子中的水分于排列得比较松散，分子的间距比较大。由于氢键具有一定的方向性，因此在单个水分子组合为缔合水分子后，水的结构发生了变化。一是缔合水分子中的各单个分子排列有序，二是各分子间的距离变大。

在液态水变成固态水时，即水凝固成冰、雪、霜时，呈现出缔合水分子的形状。此时，水分子的排列比较“松散”，雪、冰的密度比较小。

将冰熔化成水，缔合水分子中的一些氢键断裂，冰的晶体消失。0℃的水与0℃的冰相比，缔合水分子中的单个水分子数目减少，分子的间距变小、空隙减少，所以0℃的水比0℃的冰密度大。用伦琴射线照射0℃的水，发现只有15％的氢键断裂，水中仍然存在有约85％的微小冰晶体（即大的缔合水分子）。若继续加热0℃的水，随着水温度的升高，大的缔合水分子逐渐瓦解，变为三分子缔合水分子、双分子缔合水分子或单个水分子。这些小的缔合水分子或单个水分子，受氢键的影响较小，可以任意排列和运动，不必形成“镂空”结构，而且单个水分子还可以“嵌入”大的缔合水分子中间。在水温升高的过程中，一方面，缔合数小的缔合水分子、单个水分子在水中的比例逐渐加大，水分子的堆集程度（或密集程度）逐渐加大，水的密度也随之加大。另一方面在这个过程中，随着温度的升高，水分子的运动速度加快，使得分子的平均距离加大，密度减小。考虑水密度随温度变化的规律时，应当综合考虑两种因素的影响。在水温由0℃升至4℃的过程中，由缔合水分子氢键断裂引起水密度增大的作用，比由分子热运动速度加快引起水密度减小的作用更大，所以在这个过程中，水的密度随温度的增高而加大，为反常膨胀。

水温超过4℃时，同样应当考虑缔合水分子中的氢......

水结冰体积为什么会膨胀

水结冰后，水分子之间的距离加大（单位体积内水分子密度变小），所以体积膨胀。

水结冰时就膨胀

因为水结冰质量不变，水的密度是1.0*10^3kg/m^3，冰的密度是0.9*10^3kg/m^3,。

所以水的密度比冰大，根据公式m=ρV,可知质量一定时密度越小，体积越大，所以冰的体积比水大，所以水结成冰会膨胀（也就是体积增大）。