水變成冰為什么體積變大呢 是什么原因

水變成冰體積變大，是因?yàn)橐簯B(tài)水中水分子之間存在著較強(qiáng)的氫鍵作用力。它比分子間的作用力（范得瓦耳斯力）大得多。當(dāng)水處于液態(tài)時(shí)，在氫鍵力的作用下，水分子靠近，在宏觀上就表現(xiàn)為體積小。而變?yōu)楣腆w時(shí)，水變?yōu)榫w，分子排列有了規(guī)律，氫鍵的作用力削弱，宏觀的表現(xiàn)為體積變大。

水變成冰體積變大的原因

由于水分子是極性很強(qiáng)的分子，能通過(guò)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)單的水分子外，同時(shí)還含有締合分子，最典型的兩種是(H?O)?和(H?O)?，前者稱(chēng)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(H?O)?的締合分子存在，當(dāng)溫度升高3.98℃(101kPa)時(shí)水分子多以雙分子締合水分子的形式存在，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。

在水溫由0℃升至4℃的過(guò)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(guò)程中，水的密度隨溫度的增高而加大。

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(kāi)結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)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。

水結(jié)冰的過(guò)程

水結(jié)冰其實(shí)是一種結(jié)晶的現(xiàn)象，結(jié)晶首先需要有凝結(jié)核，然后凝結(jié)核不斷長(zhǎng)大，最終長(zhǎng)成大塊晶體。其實(shí)水結(jié)冰的過(guò)程并不簡(jiǎn)單，不是說(shuō)溫度降低到0℃，水就會(huì)結(jié)冰的，還需要水中含有一些小微粒，作為水分子剛開(kāi)始結(jié)冰時(shí)的附著物，水中含有的這種小微粒又叫晶核。

水分子的排列往往讓氧原子朝外，氫原子朝內(nèi)，而氧原子略帶負(fù)電，因此喜歡周?chē)钦姷沫h(huán)境。如周?chē)沫h(huán)境帶正電，溫度又是低于0℃，那么水就容易結(jié)冰，不管水中有沒(méi)有晶核。

在更高的溫度下開(kāi)始結(jié)冰過(guò)程，水分子還需要一些其他的東西，比如灰塵、煤煙或其他雜質(zhì)，這樣水分子就可以在上面形成晶格，這就是成核的過(guò)程。