水結冰體積變大的原因：(1)液態水中水分子排布不規則，凝固後，排布變規則了，由於氫鍵的作用，水分子間形成四面體結構，使得水分子間的空隙變大，所以水變冰後體積增大。含氫鍵的無機物質主要有水、氨和氟化氫，他們在凝固時都變成空間多面體（水、氨為四面體，氟化氫為空間雙鏈結構），所以他們都會冷脹。有機化學中大部分含氧衍生物都可能有氫鍵，但是基於碳架的影響，其氫鍵形成情況會非常複雜. (2)水凝固成冰,它的分子的平均動能會減小,但它本身為了阻礙這種變化,它的分子勢能要增加,所以它的體積會增加.另外除了在0~4攝氏度是這樣的,其它的溫度,應遵循常理. 溫度變低，溶於水的氣體的溶解度隨溫度的下降而變低，於是氣體溢位，但在溫度下降過程中，被結成的冰擋在裡面，於是體積增大了（氣體體積比液體大，這個大家都知道吧？！） (3由於水分子是極性很強的分子，能透過氫鍵結合成締合分子（多個水分子組合在一起）。液態水，除含有簡單的水分子(H2O)外，同時還含有締合分子，最典型的兩種是(H2O)2和(H2O)3，前者稱為雙分子締合水分子。物質的密度由物質內分子的平均間距決定。當溫度在0℃水未結冰時，大多數水分子是以(H2O)3的締合分子存在，當溫度升高到3.98℃(101kPa)時水分子多以雙分子締合水分子的形式存在（在水溫由0℃升至4℃的過程中，由締合水分子氫鍵斷裂引起水密度增大的作用，比由分子熱運動速度加快引起水密度減小的作用更大，所以在這個過程中，水的密度隨溫度的增高而加大。），分子佔據空間相對減小，此時水的密度最大。如果溫度再繼續升高在3.98℃以上，一般物質熱脹冷縮的規律即占主導地位了。水溫降到0℃時，水結成冰，水結冰時幾乎全部分子締合在一起成為一個巨大的締合分子，在冰中水分子的排布是每一個氧原子有四個氫原子為近鄰(兩個共價鍵，兩個氫鍵)，這樣一種排布導致成一種敞開結構，也就是說冰的結構中有較大的空隙，所以冰的密度反比同溫度的水小。) (4)冰具有四面體的晶體結構。這個四面體是透過氫鍵形成的，是一個敞開式的鬆弛結構，因為五個水分子不能把全部四面體的體積佔完，在冰中氫鍵把這些四面體聯絡起來，成為一個整體。這種透過氫鍵形成的定向有序排列，空間利用率較小，約佔34％、因此冰的密度較小。水溶解時拆散了大量的氫鍵，使整體化為四面體集團和零星的較小的“水分子集團”(即由氫鍵締合形成的一些締合分子)，故冰水已經不象冰那樣完全是有序排列了，而是有一定程度的無序排列，即水分子間的距離不象冰中那樣固定，水分子可以由一個四面體的微晶進入另一微晶中去。這樣分子間的空隙減少，密度就增大了。