视频字幕
水结冰时密度会变小。密度等于质量除以体积。当水结冰时，质量保持不变，但体积会增大。例如，100克水的体积约为100立方厘米，而同样质量的冰体积约为109立方厘米。因此，冰的密度约为0.92克每立方厘米，比水的密度1.0克每立方厘米小。
为什么水结冰后体积会增大呢？这与水分子的排列方式有关。在液态水中，水分子排列比较紧密且无序。而当水结冰时，水分子通过氢键形成了一种特殊的六角形晶格结构。在这种结构中，水分子之间的平均距离变大，导致整体体积增加。由于质量保持不变而体积增大，根据密度公式，冰的密度就比水的密度小了。这也是为什么冰会浮在水面上的原因。
由于冰的密度比水小，冰会浮在水面上。冰的密度约为0.92克每立方厘米，而水的密度为1.00克每立方厘米。这个看似简单的现象在自然界中非常重要。当湖泊或河流的表面结冰时，冰层会浮在水面上，而下面的水仍然保持液态。这为水生生物提供了生存空间，使它们能够在冬季继续生活。如果冰的密度比水大，冰就会沉到水底，整个水体可能会从底部开始结冰，最终导致水生生态系统的崩溃。
水的密度与温度关系非常特殊。大多数物质在加热时会膨胀，冷却时会收缩，但水却表现出异常行为。水在4摄氏度时达到最大密度，约为1克每立方厘米。当温度低于4摄氏度时，水的密度反而开始减小，也就是说水开始膨胀。这就是为什么冰的密度比水小的原因。这种异常性质对地球生态系统至关重要。在冬季，湖泊表面的水冷却到4摄氏度时会下沉，而低于4摄氏度的水则上浮，最终在表面结冰。这种温度分层使得湖底水温保持在4摄氏度左右，为水生生物提供了生存环境。
让我们总结一下水结冰时密度变化的关键点。当水结冰时，其密度从1.0克每立方厘米减小到0.92克每立方厘米。这种变化的原因是水分子在结冰过程中形成了特殊的六角形晶格结构，导致分子间距离增大，整体体积增加。水在4摄氏度时达到最大密度，当温度低于4摄氏度时，水会反常膨胀。这种特性使得冰能够浮在水面上，形成保护层，维持水下生态环境的稳定。这一特性对地球生命的演化至关重要，如果没有这种异常性质，地球上的生命可能会以完全不同的方式发展，甚至可能不会出现。水的这种独特性质是地球成为适合生命存在的星球的重要因素之一。