點解水變冰體積會大咗?

在絕大多數物質都是熱漲冷縮的時候，水是反常的。水在低於4度是是熱縮冷漲，導緻密度下降，例如同樣質量的冰密度比水小，體積比水大。而大於4度時，則恢復熱漲冷縮。同樣質量，體積大了，密度當然就小了。4度是平衡臨界點。因此水在4度時密度最大。

這是保障生物存在的很重要的一點，因為當水結冰的時候，冰的密度小，浮在水面，可以保障水下生物的生存。當天暖的時候，冰在上面，也是最先滑凍。如果冰的密度比水大，那所有的水生生物都不會存在了。因為冰會不斷沉到水下，天暖的時候也不會解凍，來年上面的水繼續冰凍，直到所有的水都成了冰。

具體的原理是，水是由氫氧離子組成的，因為氧離子和氫離子的負電荷傾向性（electronegitive）不同，形成共價鍵。而水分子的V型幾何結構，導致其為偶極(polar）共價鍵。氧離子為負電荷，氫離子為正電荷。
這就導致生物學上一個極重要的現象，氫鍵（hydrgen bond）。氫離子通過氫鍵和其他水分子結合。因為氫鍵的鍵能不大，所以在每一暫態，每個水分子都結合和分離數十億次氫鍵。
水分子在液體狀態下是無序運動的，隨這溫度的增高而運動加大，從而導致體積變大。這就是為什麼水在4度以上時，密度變小。
當水低於4度時，水分子運動減慢，導致氫鍵合成的增多，水趨向於固體。因為氫鍵的鍵長要大於水分子的平均距離，所以當所有的水分子都被氫鍵固定住，也就是形成了冰，其體積反比水大。

水（H2O）是由氫、氧兩種元素組成的無機物，在常溫常壓下為無色無味的透明液體。水是最常見的物質之一，是包括人類在內所有生命生存的重要資源，也是生物體最重要的組成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。人類很早就開始對水產生了認識，東西方古代樸素的物質觀中都把水視為一種基本的組成元素，水是中國古代五行之一；西方古代的四元素說中也有水。

水的性質
水在常溫常壓下為無色無味的透明液體。在自然界，純水是罕見的，水通常多是酸、鹼、鹽等物質的溶液，習慣上仍然把這種水溶液稱為水。純水可以用鉑或石英器皿經過幾次蒸餾取得，當然，這也是相對意義上純水，不可能絕對沒有雜質。水是一種可以在液態、氣態和固態之間轉化的物質。固態的水稱為冰；氣態叫水蒸氣。水氣溫度高於374.2℃時，氣態水便不能通過加壓轉化為液態水。

在20℃時，水的熱導率為0.006 J/s·cm·K，冰的熱導率為0.023 J/s·cm·K，在雪的密度為0.1×103 kg/m3時，雪的熱導率為0.00029 J/s·cm·K。水的密度在3.98℃時最大，為1×103kg/m3，溫度高於3.98℃時，水的密度隨溫度升高而減小 ，在0～3.98℃時，水不服從熱脹冷縮的規律，密度隨溫度的升高而增加。水在0℃時，密度為0.99987×103 kg/m3，冰在0℃時，密度為0.9167×103 kg/m3。因此冰可以浮在水面上。

水的熱穩定性很強，水蒸氣加熱到2000K以上，也只有極少量離解為氫和氧，但水在通電的條件下會離解為氫和氧水。具有很大的內聚力和表面張力，除汞以外，水的表面張力最大，並能產生較明顯的毛細現象和吸附現象。純水有極微弱的導電能力，但普通的水含有少量電解質而有導電能力。

水本身也是良好的溶劑，大部分無機化合物可溶於水。

在-213.16℃，水分子會表現出現厭水性。[1]

水的來源
地球是太陽系九大行星之中唯一被液態水所覆蓋的星球。地球上水的起源在學術上存在很大的分歧，目前有幾十種不同的水形成學說。有觀點認為在地球形成初期，原始大氣中的氫、氧化合成水，水蒸氣逐步凝結下來並形成海洋；也有觀點認為，形成地球的星雲物質中原先就存在水的成分。另外的觀點認為，原始地殼中矽酸鹽等物質受火山影響而發生反映、析出水分。也有觀點認為，被地球吸引的彗星和隕石是地球上水的主要來源，甚至現在地球上的水還在不停增加。

對氣候的影響
水對氣候具有調節作用。大氣中的水氣能阻擋地球輻射量的60%，保護地球不致冷卻。海洋和陸地水體在夏季能吸收和積累熱量，使氣溫不致過高；在冬季則能緩慢地釋放熱量，使氣溫不致過低。

海洋和地表中的水蒸發到天空中形成了雲，雲中的水通過降水落下來變成雨，冬天則變成雪。落於地表上的水滲入地下形成地下水；地下水又從地層里冒出來，形成泉水，經過小溪、江河匯入大海。形成一個水循環。

雨雪等降水活動對氣候形成重要的影響。在溫帶季風性氣候中，季風帶來了豐富的水氣，形成明顯的乾濕兩季。

此外，在自然界中，由於不同的氣候條件，水還會以冰雹、霧、露水、霜等形態出現並影響氣候和人類的活動。

對地理的影響
地球表面有71%被水覆蓋，從空中來看，地球是個藍色的星球。水侵蝕岩石土壤，沖淤河道，搬運泥沙，營造平原，改變地表形態。

地球表層水體構成了水圈，包括海洋、河流、湖泊、沼澤、冰川、積雪、地下水和大氣中的水。由於注入海洋的水帶有一定的鹽分，加上常年的積累和蒸發作用，海和大洋里的水都是鹹水，不能被直接飲用。某些湖泊的水也是含鹽水。世界上最大的水體是太平洋。北美的五大湖是最大的淡水水系。歐亞大陸上的裡海是最大的鹹水湖。

地球上水的體積大約有 1 360 000 000 立方公里. 當中

海洋佔了的1 320 000 000立方公里(或97.2%)。
冰川和冰蓋佔了25 000 000立方公里(或1.8%)。
地下水佔了13 000 000立方公里(或者0.9%)。
湖泊，內陸海，和河裏的淡水佔了250 000 立方公里(或0.02%)。
大氣中的水蒸氣在任何已知的時候都佔了13 000立方公里(或0.001%)。

對生命的影響
地球上的生命最初是在水中出現的。水是所有生物體的重要組成部分。人體中水占70%；而水母中98%都是水。水中生活着大量的水生植被等水生生物。

水有利於體內化學反應的進行，在生物體內還起到運輸物質的作用。 水對於維持生物體溫度的穩定起很大作用。