Question

冰的密度为什么会比水小

Answer 1

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），如下图所示。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。 水分子间以氢键连接 另外，拆散缔合分子需要消耗一定的能量，这也足以说明为什么水有较大的比热容的缘故。

水变成冰体积变大,是因为液态水中水分子之间存在着较强的氢键作用力.它比分子间的作用力（范得瓦耳斯力）大得多.当水处于液态时,在氢键力的作用下,水分子靠近,在宏观上就表现为体积小.而变为固体时,水变为晶体,分子排列有了规律,分子间距离增大且被固定在一个位置上,氢键的作用力削弱,宏观的表现为体积变大.

Answer 2

水分子间存在氢键，氢键具有方向性。在冰的晶体结构中，水分子有规律排列，一个水分子周围有四个水分子，这四个水分子围成正四面体。这种规律排列导致比水中分子间距相对要大，体积增大，密度减小。冰的密度比水小，对水生动植物具有重要的意义。