冰是当水温达到零度或更低时，水的凝固形式。通常，固体的密度大于液体。固体铅比液体铅密度大，会使其沉入水中。由于大多数固体密度更大，它们会沉入液体中。但是，水是这一原则的一个例外，因为冰不会在水中下沉，而是漂浮。从冰山到玻璃中的冰块都是如此。其背后的原因是冰的密度比水小，所以它可以漂浮。

冰因密度而漂浮

密度对固体是浮在液体上还是浮在水槽上起着重要作用。密度是指具有恒定体积的物质的相对重量。它是物质的定性性质，按单位体积的质量计算。如上所述，当一种物质的密度或单位体积质量小于混合物中的其他物质时，该物质会漂浮。如果你把石头扔到水体中，岩石会下沉，因为它比水密度大。由于其密度，岩石推开或置换水，沉入底部。当物体移动相当于其自身重量的流体重量时，物体将漂浮。

热力学基本定律表明，固体质量比水或其液态重。液体冷却时收缩。液体中单个自由分子的速度减慢，直到它们变得静止，液体变成固体。水也会收缩，但只收缩到某一点，当该点通过时，水开始膨胀，密度低于水。

水在4°C（40°F）的温度下达到其最大密度。一旦达到这个温度，水就开始膨胀并分离，如上所述。当温度降到零度以下并变成冰时，它的密度就降低了。通常，大多数材料在固态时的密度高于液态时的密度。那么，为什么同样的原则适用于水呢？水因氢键而不同。

氢键在浮冰中的作用

水分子由一个氧原子和两个氢原子（H2O）组成。原子有电荷一种物理性质，使粒子在靠近另一带电粒子时能形成键。在水分子中，氧原子吸引氢原子中的负电荷。原子通过共价键结合在一起。此外，水分子通过称为氢键的较弱化学键相互吸引带负电的氧原子和相邻水分子带正电的氢原子之间的氢键。当水的温度低于4°C时，氢键会发生变化，使氧原子分别带负电。因此，形成了一个晶格，通常称为冰。晶格用于解释水分子的几何结构晶体结构中的对称性。

换句话说，在温暖的温度下，水分子拥有大量的能量，因此能够相互混合，尽管氢原子和未结合的电子对之间存在吸引力。随着水温的降低，分子的能量也降低，氢键变得更为重要。由于氢键作用，分子以晶体的形式重新排列，使分子比液态时相距更远。当它们之间的距离比充满大量气隙的液态时要远时，冰的密度会比水的密度低，使其能够浮在顶部。冰的密度比酒精高，因此当加入酒精时，冰会沉到底部。

冰的密度大约比水小9%，因此它可以漂浮。或者，冰比水多占百分之九的空间，所以一公升水比一公升冰重。因此，较重的水会取代较轻的冰，因此冰会浮在顶部。它具有实际意义，因为湖泊和河流自上而下结冰，因此鱼类即使在表面结冰时也能生存。冰形成了一层隔热层，防止动植物冻结在固体冰块上。如果冰下沉，水会移动到顶部，当暴露在负温度下时会结冰。因此，河流和湖泊将被冰填满，使水生生物无法生存。

简言之，任何密度小于所放入液体的固体都会浮在表面而不是下沉。通常，大多数固体的密度比液态的高，但由于氢键作用，冰的密度比液态的水低。因此，无论是在玻璃中还是在湖面上，它都会浮在水面上。