为什么水结冰体积变大

水结冰时体积变大是因为水的分子结构的特殊性质所造成的。

水的分子是由一个氧原子和两个氢原子组成的，呈V形排列。在液态水中，水分子之间的距离比较近，分子之间通过氢键相互吸引和连接。而当水温度降低到0摄氏度以下时，水分子的运动逐渐减缓，氢键的作用逐渐加强，导致水分子的距离进一步缩小。

随着温度进一步下降，水分子之间的氢键强度继续增强，直到达到一定程度。这时，水分子开始有序排列，形成规则的晶格结构，即冰。冰的晶格结构中，每个水分子都与邻近的四个水分子形成氢键连接，使得冰的空间结构比水的分子结构更加有序。

由于晶格结构的形成使得水分子之间的空间占据变大，从而导致冰的体积变大。具体来说，冰与水的体积比例大约为1:1.09，即冰的体积比水大约增大了9%。

这种体积膨胀的特性使得冰的密度比液态水小，也就是说单位体积的冰比水轻。这也是为什么冰可以浮在水面上的原因。冰的浮力使得水中的生物得到了保护，在寒冷的冬季也能够生存。

总结起来，水结冰时体积变大是因为水分子排列有序形成晶格结构，使得水分子之间的空间占据增大。这种体积膨胀的特性使得冰的密度比液态水小，从而使得冰可以浮在水面上。