Hoe komt het dat water bij bevriezing uitzet, terwijl alle andere vloeistoffen krimpen bij stolling? Bij de Universiteit van Leiden weet studentambassadeur Natuurkunde Johannes Simon het antwoord: ‘Water zet inderdaad uit, wanneer het vast wordt. Dit heeft te maken met de structuur van het watermolecuul. Water bestaat uit een zuurstofatoom, waaraan twee waterstofatomen gebonden zijn.’ (Dit werd overigens voor het eerst aangetoond in 1784 door Henry Cavendish, die met behulp van een Leidse fles water wist te maken uit de gassen waterstof en zuurstof.) Simon vervolgt: ’In bijgaand plaatje zijn deze atomen schematisch weergegeven door respectievelijk één rode en twee blauwe bollen. In dit molecuul trekken zuurstofatomen negatieve lading naar zich toe en de waterstofatomen blijven met een positieve lading over. Positieve en negatieve ladingen trekken elkaar aan, terwijl twee gelijksoortig geladen deeltjes elkaar afstoten. Om die reden proberen de zuurstofatomen van verschillende watermoleculen zo dicht mogelijk tegen de waterstofatomen te zitten, terwijl deze zuurstofatomen een juist zo groot mogelijke afstand van andere zuurstofatomen willen houden. 
Er speelt bij water in vloeibare vorm echter nog een andere kracht een rol, en dat is de beweging van de moleculen. Die beweging zorgt ervoor dat de atomen dichter bij elkaar kunnen komen; in zekere zin overstemt deze beweging de afstotende krachten tussen de gelijksoortige atomen.’
En wat gebeurt er nu met de moleculen wanneer het water bevriest? Simon vervolgt: ‘Wanneer het water afkoelt, gaan de moleculen steeds minder bewegen. Hierdoor neemt het effect van de afstotende en aantrekkende krachten tussen de atomen toe. De moleculen gaan zich spontaan ordenen – beschouw het als een soort legpuzzel! Er ontstaan zeshoekige patronen, met in het midden lege ruimtes. Die ordening met lege ruimtes zorgt ervoor dat ijs meer ruimte inneemt dan water. Pas als het ijs ontdooit, kunnen die ruimtes weer gevuld worden en neemt het water in volume af.’