水分子之間的氫鍵
冰會膨脹的原因在於水分子之間的氫鍵。在液態水中，水分子之間通過氫鍵形成了一種結構，這種結構使得水分子的排列較爲鬆散，分子間的空隙較小。當水凝結成冰時，分子排列變得更加整齊，分子間的空隙實際上比液態時大，因此體積會膨脹。
具體來說，氫鍵具有方向性和飽和性，這導致冰中的水分子之間產生了大量的間隙。當溫度降低，水分子之間的氫鍵變得更加強效，分子間的距離減小，但整體體積卻因爲分子間的空隙增大而增大。
此外，氫鍵的比熱效應也是一箇重要因素。在變溫過程中，相對比熱較低的一段服從常規熱脹冷縮規律，而另一段反之，導致在準固態溫區內，氫鍵受冷收縮，而氧原子間的鍵受冷膨脹，後者遠大於前者，使分子伸長，因此冰在結冰時會體積膨脹。
綜上所述，冰的膨脹是由於水分子在形成冰晶體時，分子間的氫鍵作用和比熱效應共同作用的結果。