水結冰後體積為什麼會膨脹？

01-02

這確實是一個中學物理問題，不過貌似沒有理解得很透徹，當時只說因為冰的密度小於水的密度。。。現在搜索說這涉及到「氫鍵」，水變成晶體時分子變得有規律排列，想了解微觀層面到底發生了什麼？如何通俗地解釋？

給你看個圖片你就明白了

見http://spe.sysu.edu.cn/course/course/11/build/lesson6-2.htm

馬老漢來回答，其實這個問題用物理知識來解答貌似不太方便。

但是嘛，用化學知識尤其是高中的知識來理解就很容易了。

首先你要明白一個水分子是有一個氧原子和兩個氫原子通過共價鍵結合在一起的。

雖然水分子不是直線型分子，但是因為一個水分子只有3個原子組成，所以

1.從孤立的角度來看水分子是一個平面結構。

就像一樓的答案一樣，在氫鍵的影響下液態水中的水分子處在一種不是很混亂的狀態。

但是一旦水的溫度到了4攝氏度，由於水分子之間間距逐漸縮小，原本是最佳配角的氫鍵開始升級成了和氫氧共價鍵一樣重要的領銜主演。

由於水分子的雜化方式是sp3。

就這樣我們就看見了一樓連接里的最後一幅圖的結果:3個水分子組成一個空間四面體。這樣對於整個水來說，空間利用率就變低了，所以整個水的體積變大了。

最簡單的解釋:如果把水整體看做是一個拼裝玩具，在4度以上的液態水就是拼裝玩具在包裝盒裡的狀態，但是在4度的時候就是把這個玩具拼裝好了，你說那個體積更大？

那麼有很多水分子組成的液態水會是什麼樣的一種狀態呢？

分子間距離增加。

想像一個裝滿人的車廂，大家站著的時候擠來擠去人流還能活動，但是假設到了晚上大家還在車廂里，睡覺時候都要躺下，佔地面積就遠不止一個車廂的面積了。

順便說一句，水不是溫度越低體積越大。攝氏4度以上溫度越低體積越小。

水變成冰體積變大，是因為液態水中水分子之間存在著較強的氫鍵作用力。它比分子間的作用力（范得華力……額，是這樣寫嗎？？？）大得多。當水處於液態時，在氫鍵力的作用下，水分子靠近，在宏觀上就表現為體積小。而變為固體時，水變為晶體，分子排列有了規律，氫鍵的作用力削弱，宏觀的表現為體積變大。大多數的液體變為固體都是體積變小，因為分子在物體固態時排列較緊密。但是有一類除外，就是在液態時分子間存在氫鍵的物質除外。

冰是晶體，晶體的分子排列一般都非常規則，特別的是水處於液態時由於分子間的作用力什麼的分子排布比較亂。

Hydrogen bond .