Ursprunglig fråga:
Varför ökar volymen när vatten fryser till is? Finns det något enkelt sätt att förklara detta för högstadieelever? Finns det andra ämnen som uppför sig som vatten?
/Mats I, Finnbacksskolan, Lycksele

Svar:
Vatten har många ovanliga egenskaper (se t.ex. den mycket trevliga (men omfattande) sajten Water Structure and Science ). Sajten A gentle introduction to water and its structure är lite mer lättillgänglig. De flesta av egenskaperna kommer sig av att vattenmolekylen är en dipol och därför bildar vätebryggor (se nedan).

Att fruset vatten har lägre densitet än flytande kan förklaras med att vattnet genomgår en strukturförändring när det fryser, se länk 1 och Water_(molecule)#Density_of_water_and_ice .

Intuitivt är det inte svårt att föreställa sig att vattenmolekylerna i flytande form kan packas mer effektivt än i fast form. I fast form är ju strukturen kristallin och molekylerna radas upp som H-O.-H-O.-H... (O.-H-O kallas för vätebrygga). Denna upplinjering av atomerna är lite slöseri men plats jämfört med om man som i vätskeformen kan packa molekylerna fritt, se nedanstående bild från länk 1 där man kan se att det finns outnyttjade luckor i den högra bilden som är is.

Den stora skillnaden i densitet mellan vatten och is (c:a 10%) är nog unik, men Wikipedia-länken ovan listar några fler ämnen vars densitet minskar när de stelnar (t.ex. vismut och kisel).

Egenskapen att is flyter är mycket viktig för livets utveckling och överlevnad. Om is hade haft högre densitet än vatten skulle ju sjöar och hav bottenfrysa i stället för att skyddas från att frysa av ett islager. Vattenlevande djur hade då haft svårigheter att överleva.

Vatten har som sagt många unika egenskaper som listas under länk 2. De mest påtagliga är hög smältpunkt, hög kokpunkt och mycket hög ångbildningsvärme. De flesta av dessa anomala egenskaper beror på att vattenmolekylen är en dipol, se fråga 15508 nedan. Se även fråga 17391 .

Nyckelord: vatten/is [49]; *vardagsfysik [64];

1 http://www.iapws.org/faq1/freeze.htm
2 http://www.btinternet.com/~martin.chaplin/anmlies.html