Почему лёд тяжеле воды?

Answer 1

Есть разные фазы льда, помимо обычного, самого распространённого на Земле, некоторые из которых образуются при высоком давлении и имеют плотность больше воды. Поэтому тяжеле тот лёд, в котором молекулы воды расположены боле компактно и близко друг к другу.

Вот вырезка из Википедии по фазам льда:

Аморфный лёдАморфный лёд не обладает кристаллической структурой. Он существует в трех формах: аморфный лёд низкой плотности (LDA) , образующийся при атмосферном давлении и ниже, аморфный лёд высокой плотности (HDA) и аморфный лёд очень высокой плотности (VHDA) , образующийся при высоких давлениях. Лёд LDA получают очень быстрым охлаждением жидкой воды («сверхохлаждённая стекловидная вода», HGW) , или конденсацией водяного пара на очень холодной подложке («аморфная твёрдая вода», ASW) , или путём нагрева высокоплотностных форм льда при нормальном давлении («LDA») .
Лёд IhОбычный гексагональный кристаллический лёд. Практически весь лёд на Земле относится ко льду Ih, и только очень малая часть — ко льду Ic.
Лёд IcМетастабильный кубический кристаллический лёд. Атомы кислорода расположены как в кристаллической решётке алмаза.
Его получают при температуре в диапазоне от

Answer 2

Во-первых, как уже сказали много раз, лед легче воды, а не тяжеле.

Во-вторых, почему? Это вполне легитимный вопрос, потому что в большинстве случаев при переходе из твердой фазы в жидкую происходит УВЕЛИЧЕНИЕ объема. Причина заключается в том, что жидкая фаза существует при боле высокой температуре, чем твердая. Поэтому в жидкости молекулы сильне колеблются, чем в твердой фазе, что приводит к увеличению расстояний между ними. Это делает жидкость боле "рыхлой", то есть мене плотной, чем твердая фаза.

Но вода и лед ведут себя противоположным образом: при переходе ото льда к воде объем УМЕНЬШАЕТСЯ, а не увеличивается. Причина этого - водородные связи между молекулами H2O. В кристаллической решетке льда каждая молекула H2O связана водородными связями с четырьмя окружающими молекулами Н2О. Это приводит к довольно ажурной кристаллической решетке льда, где молекулы H2O не могут сильно сблизиться, оставля между собой пустоты. Когда лед превращается в воду, эта кристаллическая структура нарушается. Соседние молекулы по-прежнему связываются водородными связями, но теперь уже каждая молекула H2O оказывается связанной в среднем только с 3. 4 другими такими молекулами. Это позволяет молекулам Н2О расположиться боле компактно в жидкой воде, чем в твердой фазе льда.