水冻结后，水分子间的振动肯定会减少，但冰的体积却仍然会膨胀。
究其原因，是因为水分子奇怪形状。
由于水分子采用这种形状，水分子在液体状态下倾向于连接在一起的方式是形成一个有大洞的非常开放的结构。这意味着，有很多额外的空间。
水是液态是，水分子之间的大洞呈无序的形状；而当水结冰时，分子会自动进入最稳定的状态，在极少振动的活动下保持整体形态，那么这种多个氢键组成的“大洞”就会扩张到最稳定的形状，如下图——
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热膨胀过程从微观上看是由于两种相反机制竞争的结果，主要是氢键的存在，导致了它的反常膨胀，也使水具有了吸热量高、比热容大、4℃的水密度最大这些特性。 冬天，气候寒冷，水的表面直接与冷空气接触，很快就变冷了，温度降到4℃的时候，体积最小，比重最大，就会沉到下面。
