水变成冰的时候，体积会变大，就像冰块比同样重量的水占地方一样。这是因为水分子在结冰时会形成氢键，这些分子链会排成比较松散的结构，中间有很多空隙。就像把绳子捆成团会变小，但解开绳子会变长一样，水分子在冰里排得开，所以体积就变大了。

因为水分子之间有氢键，它们会形成更松散的结构。在液态水里，分子可以自由移动，挤得比较紧密；但结冰时，每个水分子要通过氢键连成四面体结构，就像搭积木一样把空隙留出来。实验数据显示，冰的密度是0.917克/立方厘米，比液态水（1.00克/立方厘米）轻，所以同样重量下冰的体积更大。而且温度越低，冰的结构越紧密，但总体还是比水占地方。就像冬天湖面结冰，冰层比下面水厚，这就是这个原理。