为什么“水结冰时体积膨胀、密度减小”是氢键的缘故?
水是因为有氢键，凝固时形成六面体结构，所以结成冰后密度减小反而膨胀了。如上图所示，HF中也有氢键存在。
因为水在结冰的时候，体积膨胀了，同样质量的水，如果变成冰，体积变大，根据密度等于质量除以体积，当体积变大，而质量不变时，密度变小。这就是为什么冰山总是浮在水面上。
冰具有四面体的晶体结构。这个四面体是通过氢键形成的，这种通过氢键形成的定向有序排列，空间利用率较小，冰密度小。 水溶解时拆散氢键，无序排列，水分子可以由一个四面体的微晶进入另一微晶中去，密度就增大了。
综合性思考2个因素的危害，便能获知水密度变化趋势。实质上，水变成冰容积增大，主要是因为液体中水分中间存在很强的氢键作用力。当水处在液体时，在共价键力作用下，水分挨近，在宏观经济就体现为体型小。而变成固态时，水变成结晶，分子排列拥有规律性，氢键的惯性力消弱，宏观的体现为容积增大。
水的密度为什么大于冰?
在液态水中，分子的排列比较混乱，与冰分子不同，不是按一定的规律排列。分子在液态中的虽然比在冰中更自由，但分子与分子间的平均距离比在冰中更小，所以水的密度比冰的密度大。
冰的密度小于水的原因是因为水在0摄氏度以下冷却时会发生冻结，形成冰晶体。在冻结过程中，水分子排列成六方紧密堆积的结构，而这种结构比水分子在液态时的排列结构更空隙。当水分子处于液态时，分子之间存在着相互吸引的力，这种力称为氢键。
水的密度比冰的大是由于水分子的结构和排列方式在液态和固态时的差异。在液态状态下，水分子以较高的温度和能量相互碰撞和移动。这导致水分子之间的相互吸引力较弱，使得水分子能够相对较近地靠拢，但不会完全排列成规则的结构。这种相对紧密但不规则的排列方式导致了液态水的密度较大。
氢键为什么影响水的密度
比如说水，一个水分子中氢原子就会与其他水分子的氧原子形成这种氢键。这种氢键的形成能够改变水分子的排列方式，所以会影响密度。
氢键是使水分子之间H、O原子距减小了，但是由于氢键是有方向性的，使水分子的位置相对固定了，水分子之间不能相互填充空隙。这就好比一堆松散的小球，假定每个小球与小球之间都没有接触，但由于小球交叉排列，最大限度的填充的对方的空隙，总体积并不大。
N型的氢键，因为这样氢键很多，因此这些结构是稳定的，此外，水和其他溶媒是异质的，也由于在水分子间生成O-H…O型氢键。因此，这也就成为疏水结合形成的原因。氢键是一种比分子间作用力稍强的相互作用。可以把它看作是一种较强的分子间作用力。
一个水分子可以与周围四个水分子形成氢键，水为液态时，水分子间氢键是无规则的，分子相对密集，而固态的冰分子间氢键很规则，整体成空间网状结构，从而使分子间距离变大使水密度变小。
在水温由0℃升至4℃的过程中，由缔合水分子氢键断裂引起水密度增大的作用，比由分子热运动速度加快引起水密度减小的作用更大，所以在这个过程中，水的密度随温度的增高而加大。），分子占据空间相对减小，此时水的密度最大。如果温度再继续升高在98℃以上，一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了。
这个四面体是通过氢键形成的，是一个敞开式的松弛结构，因为五个水分子不能把全部四面体的体积占完，在冰中氢键把这些四面体联系起来，成为一个整体。这种通过氢键形成的定向有序排列，空间利用率较小，约占34％、因此冰的密度较小。