물은 고체 상태인 얼음일 때 부피가 커지는 독특한 성질을 가지고 있습니다. 이는 물 분자의 특이한 구조와 수소 결합 때문입니다. 물 분자(H2O)는 산소 원자와 두 개의 수소 원자로 이루어져 있으며, 이들 사이의 결합 각도는 약 104.5도를 이룹니다. 물 분자는 극성을 가지며, 산소는 약간 음전하를 띄고 수소는 약간 양전하를 띄게 됩니다.

액체 상태의 물에서는 물 분자들이 서로 가까이 붙어 있지만 자유롭게 움직일 수 있습니다. 그러나 온도가 낮아지면서 물이 얼음으로 변할 때, 물 분자들은 특정한 육각형 구조를 형성하게 됩니다. 이 구조는 수소 결합에 의해 안정화되며, 분자들이 서로 일정한 거리를 두고 배열됩니다. 이로 인해 얼음은 상대적으로 더 많은 빈 공간을 가지게 되어 부피가 증가합니다.

이러한 구조 덕분에 얼음은 물보다 밀도가 낮아져 물 위에 뜨게 됩니다. 즉, 물이 고체 상태로 변할 때 부피가 커지는 이유는 물 분자들이 수소 결합을 통해 이루는 독특한 결빙 구조 때문입니다. 이러한 현상은 생태계에서 중요한 역할을 하며, 특히 겨울철에 수면 위에 얼음이 떠오르면서 수중 생물들이 생존할 수 있는 환경을 제공합니다.