冰比水輕，你們井不感覺(jué)奇怪，雖然是一件十分奇怪的事。
俺們把一團(tuán)麻油置于大鍋里為什么水的密度比冰大，等它融化了，再加進(jìn)一團(tuán)去。這團(tuán)融化的麻油，一定沉到融化的麻油
下邊，決不會(huì)浮在面上。
在大鍋里熔錫也一個(gè)樣。錫塊總是沉在融錫下邊。差不多所有的物質(zhì)都一個(gè)樣，在固態(tài)的時(shí)侯，密
度都比在液態(tài)的時(shí)侯大。
冰的密度反倒比水小，所以能浮在海面上。在自然界中，這些情形是極少見的。
為何冰的密度反倒比水小呢？緣由只有一個(gè)，就是水在結(jié)冰的時(shí)侯，容積減小了，違反了“熱脹冷
縮”的常規(guī)。
水在結(jié)冰的時(shí)侯容積會(huì)膨脹，這倒是你們都曉得的常識(shí)。冬天到來(lái)之前，我們把放到露天的盆子齊
口埋在地面下，蓋上稻草編成的發(fā)動(dòng)機(jī)，就為的防備水結(jié)了冰會(huì)把木盆脹破。
有人做過(guò)這樣的試驗(yàn)：冬天，他在兩個(gè)炸彈的鋼殼里灌滿了水，用塞子旋緊了，置于露天過(guò)了一夜
。第二天早晨去看，一個(gè)炸彈殼的瓶塞給冰沖到了六七米以外，口子里長(zhǎng)出一條冰層；另一個(gè)炸彈殼裂
了一道縫，冰從裂紋里擠了下來(lái)。
到了冬天，置于露天的瓦罐都應(yīng)當(dāng)?shù)箍圻^(guò)來(lái)，免得積了水會(huì)開裂。露天的自來(lái)水管得用稻草包扎起
來(lái)，結(jié)了冰放不出水來(lái)還是小事，開裂了損失可大了。不本事寒的花樹桃樹和幼小的樹苗，也得用稻草
包扎。行道樹的細(xì)胞里含的水要是結(jié)了冰，會(huì)把細(xì)胞膜脹破，動(dòng)物的組織就給破壞了。
到了冬天，山墻內(nèi)層涂的水泥常常會(huì)整塊整塊往下掉；水泥鋪的場(chǎng)地橋面常常會(huì)開裂，甚至拱了起
來(lái)；都是冰在作祟。水泥只要稍微有點(diǎn)兒開裂，雨水還會(huì)滲進(jìn)去；要是一結(jié)冰，容積一膨脹，就把水泥
給破壞了。
巖石碎裂也是這個(gè)道理。巖石的裂紋里積了水，冬天一結(jié)冰，容積一膨脹，就把裂紋撐大一點(diǎn)兒；
第二年，開裂里積的水更多了，結(jié)了冰，裂紋就撐得更大了。這樣年復(fù)一年，大塊的巖石就從山上崩下
山來(lái)了。
假如水結(jié)冰的時(shí)侯容積不膨脹，對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，不就降低了許多麻煩和損失嗎？初初想來(lái)，這話似
乎很有道理，但是再一想，水結(jié)冰的時(shí)侯容積假如收縮，冰的密度不就比水大了嗎？不就要沉到水下邊
去了嗎？海面上沒(méi)有冰，縱然可以不阻礙航行，但是水一結(jié)冰就沉底，下層的水受了冷不是又要結(jié)冰嗎
？水中的冰越積越多，最后所有的江河湖海，都非連底凍結(jié)不可了，但是永遠(yuǎn)不會(huì)熔化。太陽(yáng)的熱是達(dá)
不到海洋的底層的，海洋里的動(dòng)物植物其實(shí)都難以生存。我們曉得，陸地上的動(dòng)物植物最初都是從海灘
爬上岸來(lái)的。海洋連底凍結(jié)成冰，陸地上會(huì)不會(huì)有生物也成了問(wèn)題。這樣一比較，你一定會(huì)做出正確的
判定來(lái)了。
冰不但密度比水小，還不容易傳質(zhì)。海面上結(jié)了冰，能保護(hù)上層的水，使上層的水凍結(jié)得稍微慢一
點(diǎn)兒。雖然較小的水塘水塘，到了冬天連底凍結(jié)還是極少見的。連北冰洋的厚厚的冰塊下邊，海水還照
常流動(dòng)，魚還在自由自在地游泳。
水在結(jié)冰的時(shí)侯容積要膨脹，假如硬不讓它膨脹，氣溫雖然降到0℃以下，水始終結(jié)不成冰。換句話
說(shuō)，水受了壓力，融化點(diǎn)都會(huì)增加。有人把水放到結(jié)實(shí)的鋼筒里做過(guò)實(shí)驗(yàn)，證明了這個(gè)構(gòu)想。
俺們沒(méi)有鋼筒，也可以證明水遭到了壓力會(huì)增加融化點(diǎn)。在冬天，我們找一大塊冰來(lái)，把它擱在兩
張椅子之間。拿一條鐵絲彎成個(gè)環(huán)，攔腰套在冰塊上。鐵絲環(huán)下邊掛個(gè)沉甸甸的秤錘。我們會(huì)聽到鐵絲
會(huì)漸漸地往下扣進(jìn)冰塊。而且鐵絲k面的冰仍然結(jié)得好好的，沒(méi)有被鐵絲扣過(guò)的痕跡。這是如何回事呢？
原先鐵絲環(huán)下邊掛著個(gè)秤錘，它扣在冰塊上的壓力是很大的，受壓的一部份冰就化成水了。鐵絲再往下
扣，它里面的水喪失了壓力，立即又締結(jié)了冰。
輪滑就借助了這個(gè)原理。冰鞋跟上有一雙冰刀，我們四肢的重量為什么水的密度比冰大，都在這雙薄薄的冰刀上。冰刀加
在冰上的壓力是很大的，使冰化成了水。冰刀和冰之間有了這一薄層水，像加了潤(rùn)滑劑似的，就可以順
利地往前滑行了。玻璃比冰更光溜，但是沒(méi)有人能穿了冰鞋在玻璃上溜的，就由于玻璃受了壓力不會(huì)融
化。
水在4℃時(shí)密度最大，冰的密度反倒比水小（附圖）
因?yàn)樗葑佑泻軓?qiáng)的極性，能通過(guò)構(gòu)象結(jié)合成締合分子，如以下的結(jié)構(gòu)式（實(shí)線表示官能團(tuán)）。
液態(tài)水，除富含簡(jiǎn)單的水份子（H2O）外，同時(shí)還富含締合分子(H2O)2和(H2O)3等，當(dāng)氣溫在0℃水未結(jié)冰時(shí)，大多數(shù)水份子是以(H2O)3的締合分子存在，當(dāng)氣溫下降到3.98℃（101kPa）時(shí)，水份子多以(H2O)2締合分子方式存在，分子搶占空間相對(duì)減少，此時(shí)水的密度最大。假如水溫再繼續(xù)下降在3.98℃以上，通常物質(zhì)熱脹冷縮的規(guī)律即占主導(dǎo)地位了。溫度降到0℃時(shí)，水締結(jié)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)官能團(tuán)），如右圖所示。這樣一種排布造成成一種敞開結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)冰的結(jié)構(gòu)中有較大的縫隙，所以冰的密度正比同水溫的水小。
水份子間以官能團(tuán)聯(lián)接
另外，拆散締合分子須要消耗一定的能量，這也足以說(shuō)明為何水有較大的比熱容的緣故。