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水在结冰后体积增大是一个常见现象，这似乎与热胀冷缩的规律相矛盾。然而，这种现象并不能推翻热胀冷缩的基本原理。热胀冷缩是指物质在温度变化时体积发生变化的现象，而这种变化通常是基于物质在特定温度范围内的性质。
首先，当水被冷却并结冰时，它的体积确实会增加。这是因为水分子在0°C以下时会形成更稳定的氢键结构，这种结构导致了水分子之间的间距增大，从而使得固态水的密度低于液态水。因此，相同质量的水在结冰后占据的体积变大了。
其次，热胀冷缩通常适用于单一物质的不同状态。例如，当水被加热至沸腾时，它的体积会因为分子运动加快而膨胀，变成水蒸气。这里需要注意的是，水蒸气是气态，与液态水和固态冰的物理性质不同。
再次，将热胀冷缩应用于水这一特殊物质时，需要特别考虑。水在4°C时密度最大，这意味着在0°C到4°C之间，水在冷却时会收缩。然而，当水温度继续下降至0°C以下时，水分子会形成氢键并形成四面体结构，这种结构内部存在空隙，导致冰的密度小于水的密度，因此冰的体积比水大。
沸水立马变雪花
有谁见过沸水立马结冰的景象？竟有研究者在零下34℃的天气里，把还在沸腾的水泼出去，你能想像那是怎样的一番景象吗？
如果把一杯4℃左右的水泼出去，水滴安静地在空中飞过一个弧线，落地时传来水滴砸地的声音，若用手在水滴落地的地方接一下，会感觉较小的水滴已经结成了冰粒，较大的水滴外面结冰了，内部还是液体的。
而沸水泼出去则是另一番壮观的景象，只听一阵爆裂声，沸水在空中消失了，化成了一团云雾，继而变成大小不同的片片雪花落下来。
有人用摄像机专程跟踪过这个过程，沸水在泼出去的时候，水滴表面会马上出现冰晶，但水滴内部却还是沸腾的，内部的沸腾气泡则会把外层冰晶爆开，从而水滴被炸成了许多细密的小水滴，细密的小水滴也会重复上述外层结冰，继而爆开的过程，于是一杯沸水很快就炸成了一团由非常细密的冰晶组成的云雾，云雾中的冰晶很多会聚在一起，形成大小不一的雪花飘荡下来。
雪花犹如磨盘大
我们形容雪花较大时，往往用“鹅毛大雪”这个词；其实根据一些记载，有些地区下的雪应该用“碗盘大雪”来形容，一片雪花直径5厘米以上；而吉尼斯世界纪录上则是“磨盘大雪”！雪花直径达38厘米！
雪花竟然会有这么大？也许我们一生中都不会见到这么大的雪花，不过在沿海地区的冬天见过巨大雪花的人还是很多的。据他们描述，巨大的雪花从天而降的时候，那景象就像是天空飘下一个个碟子或盘子，盘子摇摇摆摆，却不会翻转过来，刚一落地就融化了。雪花在下降过程中，受空气阻力和重力作用，四周在气流流动下会上翘，中央部位则有些向下凹，还真的像是个盘子。
让人想不到的是巨型雪花下落的速度竟然比普通的小雪花要大，是小雪花落地速度的两倍左右。这可能是因为巨型雪花形成的云层要比普通雪花高；另外，巨型雪花四周上翘，相对来说减小了下落时的阻力；还有，在小雪花受风的影响打旋飞舞的时候，巨型雪花受风的影响不大。
为什么会有这么大的雪花形成？科学家认为，巨型雪花形成的地区一般是沿海温暖湿润的地区，即使在冬天，温度也不是很低，往往地面温度还会高于0℃，只是高空温度稍低于0℃，这有利于水分子们逐个拼接在一起形成雪花。而且巨型雪花形成时，还有较温暖的气流上升，把水汽送往5千米的高空。根据下落的速度推算，巨型雪花正是来自大约5千米高的高空。对于巨型雪花的形成，科学家还没有完全弄清楚，也许将来，每个能够降雪的温寒带地区，都可以看到人工降下的磨盘大的雪花。
冰用小笼子藏娇
水结成冰体积会增大，不是水分子牵手不够紧密，而是水分子排列成了规则的六角形小笼子，这小笼子是很占据空间的。然而正是这小笼子，引来了一种独特的冰。
在海底和极地地区，科学家早就发现了一种看上去与一般的冰没有什么区别的冰，但这种冰却能够剧烈燃烧，可以作为燃料！因此它被叫做“可燃冰”。经研究，可燃冰就是甲烷等天然气分子钻到了冰的小笼子里形成的一种水合物。在那高压低温的环境里，冰用自己的小笼子保护着甲烷等分子。当温度适宜，或压力不是很大的时候，冰还会打开笼子的门，让甲烷自由跑出来。据说海洋中的一些危险地带就是因为海底的可燃冰时常释放小笼子内的甲烷等气体，气体在上升过程中会形成气液混合物，其密度比周围的水流小得多，行经船只遇到这种海域，就会突然下陷，好像是被急流漩涡吞噬。
藏在小笼子内的甲烷遇到火，也会燃烧起来，因此导致冰也变成了好像可以燃烧的了。目前科学家正研究如何用冰的小笼子藏点别的好东西。
冰块翘起“兰花指”
冰箱一般都配有用于冷冻冰块的冰格子，平时把水倒进冰格子内，放进冷冻室，就可以制造冰块了。但这过程中，有一种现象经常出现，却很令人困惑：在冰格子内冻好的冰块经常会斜向上翘起一根“手指”！真是想不通，本来水是向下流的，向下流的水结成冰后，如果冰块下面伸出一根手指，还容易理解，怎么说也不该向上翘起一根冰手指啊。
最终还是感兴趣的人通过一玻璃门的冰箱，认真观察了一下冰格子内水结冰的状况，才算明白这其中的奥妙。原来冰格子虽然有一定的弹性，但毕竟弹性有限，局限在里面的水在结冰时，也会相互拥挤。但是由于冰箱内的水是从表面开始结冰的，冰块中央往往会有一团水受到周围的挤压，寻找出路挤出去，但是它向下、向前后左右都是没有出路的，因为冰格子的格子底和侧面都封住了，于是这团水只能向上寻找出路，最终在周围冰块的挤压下，从冰块的上表面挤了出来。挤出来的水遇到冰箱内的低温环境，也很快结冰，形成一根上翘的手指。后续的还会有水从冰块中央挤出来，于是这根上翘的手指也就越来越长，形成了一根修长的“兰花指”。
海冰下有冰墩
南极或北极的海冰贴近水的那一面是异常凹凸不平的，有很多冰墩（短的圆木桩形状的冰）向下伸出，冰墩的直径从几厘米到60厘米，有的冰墩上还会有尖尖的冰手指伸出来，这冰手指与平时屋檐下悬垂的冰凌是一样的。
科学家对于冰层下这样壮观的景象很是惊讶，为什么会有这些冰墩在冰层的下面？原来，海洋是流动的，很难形成浮冰，一般情况先是在大陆沿岸形成较厚的浮冰，这些浮冰远离岸边的部分很容易被水流冲刷而脱离，并相互摩擦形成一个个圆饼或扁圆柱的形状，随着温度的继续降低，以及极地的降雪，许多冰墩被冻结在一起，随后又被冰雪覆盖，于是就形成了冰层下面的一个个冰墩。
至于冰手指在海洋中形成的过程比较复杂。我们知道屋檐下的悬冰是融化的雪水在流淌的过程中，因热量的散发，重新冷冻起来形成的。海洋中冰冷的海水温度一般是在零下，因此可以把冰冷的海水看作冰冷的空气，上层的冰层在阳光的照射下，融化的冰水顺着冰墩向下流淌，在流淌过程中，受海水的冷却，于是逐渐又冻结起来，形成了类似屋檐下的悬垂的冰凌。
这些都是水在特殊条件结冰时，出现的有趣现象，仔细观察周围的自然界，还会发现更多有关水结冰的有趣现象呢。
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