Een ijsblokje blijft drijven doordat het water bij bevriezen meer ruimte inneemt.

Het aantal moleculen is niet het probleem

Bevriezend water krijgt niet ineens minder watermoleculen omdat het vast wordt. Dezelfde hoeveelheid kan wel een ander volume innemen. Dichtheid vergelijkt massa met volume. Als een hoeveelheid water bij het bevriezen meer ruimte inneemt zonder extra massa te krijgen, daalt de dichtheid. Een stuk van dat ijs kan in vloeibaar water vervolgens zoveel water verplaatsen dat het blijft drijven. De verklaring begint dus bij de verpakking op moleculaire schaal.

Watermoleculen trekken elkaar gericht aan

Een watermolecuul heeft een ongelijke verdeling van elektrische lading. Daardoor kunnen waterstofbruggen ontstaan tussen verschillende moleculen. Dat zijn niet dezelfde bindingen als de bindingen die binnen één molecuul de waterstof- en zuurstofatomen bij elkaar houden. In gewoon ijs vormen de verbindingen tussen moleculen een geordend netwerk. Bij de gebruikelijke druk op aarde levert die ordening een relatief open kristalstructuur op. Er blijft meer ruimte tussen de moleculen dan je misschien verwacht.

Vloeibaar is hier juist compacter

In vloeibaar water bewegen de moleculen en veranderen hun onderlinge verbindingen voortdurend. Ze kunnen daardoor gemiddeld compacter gerangschikt zijn dan in het gewone ijskristal. CORDIS benadrukt dat ook de beweeglijkheid van waterstofbruggen belangrijk is: alleen zeggen dat een kristal geordend is, verklaart niet waarom het minder dicht moet zijn. De specifieke eigenschappen van water en de manier waarop de moleculen elkaar aantrekken maken het verschil. Orde betekent op zichzelf niet automatisch extra ruimte.

Geen luchtbelletjes nodig

Lucht kan in ijs aanwezig zijn, maar voor de hoofdverklaring is dat niet nodig. Ook helder waterijs kan op vloeibaar water drijven. Het verschil komt uit de structuur van het materiaal zelf. Een luchtige schuimvergelijking gaat daarom maar beperkt op. Bij ijs liggen de watermoleculen anders ten opzichte van elkaar; er hoeven geen zichtbare holtes vol lucht in het blok te zitten om een lagere dichtheid te krijgen.

Het heeft gevolgen buiten je glas

OpenStax beschrijft hoe ijs daardoor aan het oppervlak van een waterlichaam kan blijven liggen. Een ijslaag bovenop is iets anders dan een vaste laag die steeds naar de bodem zakt. Dat beïnvloedt hoe meren in koud weer functioneren. Het dagelijkse ijsblokje laat dus een materiaalbijzonderheid zien met veel grotere gevolgen. De uitleg geldt hier voor gewoon waterijs onder normale omstandigheden. Water kent onder andere drukomstandigheden ook andere vaste structuren, die niet allemaal hetzelfde gedrag hebben.

Nog een andere kant van dagelijks leven: Zeep heeft twee verschillende kanten. Daardoor kan vet mee met water.