réponse simple
Réponse simple :
Pour la majorité des matériaux, le solide est plus lourd que le liquide.
L'eau est un cas particulier : lorsqu'elle gèle, ses molécules s'espacent progressivement et forment un large réseau cristallin1.
Les liaisons intermoléculaires figent la structure de la glace (source)
Comme il y a moins de particules dans un même volume, cette structure est moins dense que sa phase liquide2.
L'eau (droite) est plus dense que la glace (gauche) (source)
A volume égal, la glace est donc moins lourde que l'eau, c'est la raison pour laquelle elle flotte.
La glace flotte sur l'eau
réponse avancée
Réponse avancée :
Les molécules d'eau sont polaires et liées entre elles par des ponts hydrogène3.
Des liaisons hydrogènes se forment entre des dipôles des molécules d'eau (source)
Chaque particule peut posséder jusqu'à quatre liaisons avec ses voisines, formant ainsi une structure tétraédrique4.
Une molécule d'eau possède 4 charges partielles (source)
Dans les conditions standards, ces liaisons intermoléculaires, vingt fois plus faibles que les liaisons covalentes, ne cessent de se défaire et de se reformer au cours de l'agitation thermiques des particules1.
Lorsque la température décroit, il arrive un moment où l'énergie cinétique des molécules est insuffisante pour que ces ponts hydrogènes se brisent. Elles sont alors retenues par ces liaisons et se figent en un vaste réseau cristallin appelé glace1.
L'eau se rigidifie et se cristallise en gelant (source)
La disposition des molécules laisse de larges espaces (source)
Comme les molécules sont maintenues espacées, la structure globale gagne 10 % de volume par rapport à l'eau liquide pour une même quantité de matière5.
L'eau (droite) est plus dense que la glace (gauche) (source)
La glace est donc moins dense que l'eau, c'est pourquoi elle flotte.
La glace flotte sur l'eau
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Commentaires
Si si! La glace est bien moins lourde que l'eau puisque sa densité est inférieure. La mesure d'une masse se fait à volume identique. C'est ce qui permet d'en définir la densité.