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液態水中水分子排布不規則，凝固后，排布變規則了，由于氫鍵的作用，水分子間形成四面體結構，使得水分子間的空隙變大，所以水變冰后體積增大。含氫鍵的無機物質主要有水、氨和氟化氫，他們在凝固時都變成空間多面體（水、氨為四面體，氟化氫為空間雙鏈結構），所以他們都會冷脹。有機化學中大部分含氧衍生物都可能有氫鍵，但是基于碳架的影響，其氫鍵形成情況會非常復雜。

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液態時水分子不按氫鍵方向排列，一旦變為固體就按照氫鍵方向排列了，所以體積會變大

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水在固態時是分子晶體，由于氧負離子的強極性，使得水分子間大量的以氫鍵結合，中間有很多空隙，而液態水分子之間形成氫鍵并不是很多，因此水變成冰，體積要變大，含氫鍵的化合物大多如此，氫鍵提高了水的沸點，因為氫鍵的作用力，稍強于分子間的作用力。

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冰的密度比水小