水和冰密度的问题
冰比水轻--（原载1951年12月《开明少年》）冰比水轻，你们井不感觉奇怪，虽然是一件十分奇怪的事。俺们把一团麻油置于大锅里，等它融化了，再加进一团去。这团融化的麻油，一定沉到融化的麻油下边，决不会浮在面上。在大锅里熔锡也一个样。锡块总是沉在融锡下边。差不多所有的物质都一个样，在固态的时侯，密度都比在液态的时侯大。冰的密度反倒比水小，所以能浮在海面上。在自然界中，这些情形是极少见的。为何冰的密度反倒比水小呢？缘由只有一个，就是水在结冰的时侯，容积减小了，违反了“热胀冷缩”的常规。水在结冰的时侯容积会膨胀，这倒是你们都晓得的常识。冬天到来...全部
冰比水轻--（原载1951年12月《开明少年》）冰比水轻，你们井不认为奇怪，虽然是一件十分奇怪的事。俺们把一团麻油置于大锅里，等它融化了，再加进一团去。这团融化的麻油，一定沉到融化的麻油下边，决不会浮在面上。
在大锅里熔锡也一个样。锡块总是沉在融锡下边。差不多所有的物质都一个样，在固态的时侯，密度都比在液态的时侯大。冰的密度反倒比水小，所以能浮在海面上。在自然界中，这些情形是极少见的。
为何冰的密度反倒比水小呢？缘由只有一个，就是水在结冰的时侯，容积减小了，违反了“热胀冷缩”的常规。水在结冰的时侯容积会膨胀，这倒是你们都晓得的常识。冬天到来之前，我们把放到露天的盆子齐口埋在地面下，盖上稻草编成的发动机，就为的防备水结了冰会把木盆胀破。
有人做过这样的试验：冬天，他在两个炸弹的钢壳里灌满了水，用塞子旋紧了，置于露天过了一夜。第二天早晨去看，一个炸弹壳的瓶塞给冰冲到了六七米以外，口子里长出一条冰层；另一个炸弹壳裂了一道缝，冰从裂纹里挤了下来。
到了冬天，置于露天的瓦罐都应当倒扣过来，免得积了水会开裂。露天的自来水管得用稻草包扎起来，结了冰放不出水来还是小事，开裂了损失可大了。不本事寒的花树桃树和幼小的树苗水的密度和冰的密度，也得用稻草包扎。
行道树的细胞里含的水要是结了冰，会把细胞膜胀破，动物的组织就给破坏了。到了冬天，山墙内层涂的水泥常常会整块整块往下掉；水泥铺的场地桥面常常会开裂，甚至拱了起来；都是冰在作祟。水泥只要稍微有点儿开裂，雨水还会渗进去；要是一结冰水的密度和冰的密度，容积一膨胀，就把水泥给破坏了。
岩石碎裂也是这个道理。岩石的裂纹里积了水，冬天一结冰，容积一膨胀，就把裂纹撑大一点儿；第二年，开裂里积的水更多了，结了冰，裂纹就撑得更大了。这样年复一年，大块的岩石就从山上崩下山来了。
假如水结冰的时侯容积不膨胀，对于我们来说，不就降低了许多麻烦和损失吗？初初想来，这话似乎很有道理，但是再一想，水结冰的时侯容积假如收缩，冰的密度不就比水大了吗？不就要沉到水下边去了吗？海面上没有冰，纵然可以不阻碍航行，但是水一结冰就沉底，下层的水受了冷不是又要结冰吗？水中的冰越积越多，最后所有的江河湖海，都非连底冻结不可了，但是永远不会熔化。
太阳的热是达不到海洋的底层的，海洋里的动物植物其实都难以生存。我们晓得，陆地上的动物植物最初都是从海滩爬上岸来的。海洋连底冻结成冰，陆地上会不会有生物也成了问题。这样一比较，你一定会做出正确的判定来了。
冰不但密度比水小，还不容易传质。海面上结了冰，能保护上层的水，使上层的水冻结得稍微慢一点儿。虽然较小的水塘水塘，到了冬天连底冻结还是极少见的。连北冰洋的厚厚的冰块下边，海水还照常流动，鱼还在自由自在地游泳。
水在结冰的时侯容积要膨胀，假如硬不让它膨胀，气温虽然降到0℃以下，水始终结不成冰。换句话说，水受了压力，融化点都会增加。有人把水放到结实的钢筒里做过实验，证明了这个构想。俺们没有钢筒，也可以证明水遭到了压力会增加融化点。
在冬天，我们找一大块冰来，把它搁在两张椅子之间。拿一条铁丝弯成个环，拦腰套在冰块上。铁丝环下边挂个沉甸甸的秤锤。我们会听到铁丝会渐渐地往下扣进冰块。而且铁丝k面的冰仍然结得好好的，没有被铁丝扣过的痕迹。
这是如何回事呢？原先铁丝环下边挂着个秤锤，它扣在冰块上的压力是很大的，受压的一部份冰就化成水了。铁丝再往下扣，它里面的水丧失了压力，立即又缔结了冰。轮滑就借助了这个原理。冰鞋跟上有一双冰刀，我们四肢的重量，都在这双薄薄的冰刀上。
冰刀加在冰上的压力是很大的，使冰化成了水。冰刀和冰之间有了这一薄层水，像加了润滑剂似的，就可以顺利地往前滑行了。玻璃比冰更光溜，但是没有人能穿了冰鞋在玻璃上溜的，就由于玻璃受了压力不会融化。
水在4℃时密度最大，冰的密度反倒比水小（附图）因为水份子有很强的极性，能通过构象结合成缔合分子，如以下的结构式（实线表示官能团）。液态水，除富含简单的水份子（H2O）外，同时还富含缔合分子(H2O)2和(H2O)3等，当气温在0℃水未结冰时，大多数水份子是以(H2O)3的缔合分子存在，当气温下降到3。
98℃（101kPa）时，水份子多以(H2O)2缔合分子方式存在，分子抢占空间相对减少，此时水的密度最大。假如水温再继续下降在3。98℃以上，通常物质热胀冷缩的规律即占主导地位了。温度降到0℃时，水缔结冰，水结冰时几乎全部分子缔合在一起成为一个巨大的缔合分子，在冰中水分子的排布是每一个氧原子有四个氢原子为近邻（两个共价键，两个官能团），如右图所示。
这样一种排布造成成一种敞开结构，也就是说冰的结构中有较大的缝隙，所以冰的密度正比同水温的水小。水份子间以官能团联接另外，拆散缔合分子须要消耗一定的能量，这也足以说明为何水有较大的比热容的缘故。