Лед считается уникальным веществом с аномально низкой плотностью из-за своей кристаллической структуры. 13

Кристаллическая решётка льда образует шестиугольные ячейки, в которых каждая молекула воды соединяется с шестью другими. 1 Молекулы соединены между собой водородными связями, а их длина превышает длину «обычной» ковалентной связи. 2

В итоге между молекулами затвердевшей воды оказывается больше пустого пространства, чем было между ними в жидком состоянии, когда частицы свободно перемещались и могли подходить друг к другу совсем близко. 2 Этот открытый простор создаёт дополнительный объём и делает лёд менее плотным, чем вода. 1

Ещё одной причиной низкой плотности льда является эффект «вскрытия». 1 Когда жидкая вода охлаждается, её молекулы начинают двигаться медленнее и приближаются друг к другу. 1 При достаточно низкой температуре происходит образование кристаллов льда, которые заполняют оставшееся пространство. 1 В этот момент происходит наиболее плотное упаковывание молекул воды, что приводит к увеличению плотности и снижению объёма. 1 В результате этого процесса убывает масса льда по объёму и он становится легче воды. 1