물이 얼리면 부피가 커지는 이유는 물 분자의 구조가 바뀌기 때문입니다. 액체 상태의 물 분자는 서로 자유롭게 움직이며 불규칙하게 배열되어 있습니다. 그러나 고체 상태의 얼음은 물 분자들이 규칙적으로 배열되어 있습니다 얼음의 물 분자는 육각형의 형태로 배열되어 있으며 이로 인해 분자 사이에 공간이 생기게 됩니다. 이 공간으로 인해 얼음의 부피가 액체 상태의 물보다 커지게 됩니다.
모든 물질은 온도가 내려가면 부피가 줄어듭니다. 그러나 물은 섭씨 4도일 때의 부피가 가장 작고, 그보다 수온이 낮아지면 오히려 부피가 늘어납니다. 얼음이 되면 10분의 1쯤 부피가 더 커집니다. 무게가 그대로인 체 부피만 늘어나므로 그만큼 가벼워지고 늘어난 부피만큼 물에 뜹니다. 이것이 빙산이 바다에 10분의 1만 모습을 내보이고 떠다니는 이유입니다.
물은 액체 상태일 때 분자들이 서로에게 일정한 거리를 유지하며 움직입니다. 그러나 물이 얼음으로 응고되면 분자들이 규칙적인 패턴으로 배열되고, 각 분자 간에 수소 결합이 형성됩니다. 이 수소 결합은 분자들을 더욱 가까이 유지시키고, 패턴화된 구조를 형성하게 됩니다.
수소 결합에 의해 얼음의 분자 구조는 액체 상태의 물과 비교하여 더 큰 공간을 차지하게 됩니다. 이로 인해 얼음은 물에 비해 부피가 크게 증가하게 되는 것입니다. 예를 들어, 같은 질량의 물과 얼음을 비교하면, 얼음은 더 큰 부피를 가지며 더 큰 공간을 차지하게 됩니다.
