안녕하세요. 나명호 과학전문가입니다.
질문이 흥미롭습니다. 먼저, 예상하신 부분까지 포함한다면 질량이 더 클 수 있습니다. 그러나 우리가 어떤 현상에 대해 설명을 할 때 주제가 되는 대상을 제외하고는 배제하는 경우가 많습니다. 이도 마찬가지입니다.
물 -> 얼음이 되었다는 것은 물의 질량 100g이 얼음이 되었다는 의미입니다. 따라서 말씀하신 기체들은 물에 포함된 상황입니다. 물에는 얼음보다 많은 기체들이 녹을 수 있기도하며, 이를 제외하더라도 H20가 액체 -> 고체로 가면 분자 사이에서의 빈 공간이 생깁니다. 여기에 일반적으로 기체가 차 있지는 않습니다. 즉, 실험 환경을 가정했을 때 해당 부분은 제외하는 게 맞습니다. 대부분의 실험 환경이란, 우리의 상상과 이론으로 이루어져 있습니다. 질문자님이 생각하시는 "얼음이 얼면서 기체가 들어가는 것"은 현실의 실험 환경을 가정한 것이기에, 이론으로 봤을 때는 해당하지 않습니다.
정리하면, h20가 액체 -> 고체가 되었을 때는 h20 분자간 사이가 거리가 생기며 부피가 커지는 것입니다. 이는 실험환경에서 이론에 해당됩니다. 해당 문제에서 설명하는 것은 이 이론의 해당 여부에 대해 묻는 것이기에 이렇게 푸는 것이 맞습니다. 1+1=2라는 수학적 규칙과 마찬가지지요. 1+1이 2가 되지 않는 상황도 현실에는 정말 많습니다.
이러한 질문은 매우 좋습니다. 실제 현실 환경에서 얼음을 얼리면 얼음 사이에 구멍 같은 것이 송송 나기 때문이죠. 이 상태에는 물 분자 사이에 기체가 들어 있는 상황이라 질문자님이 생각하는 게 맞습니다. 다만, 이론과 규칙에는 기본적인 법칙을 가정하는 것이기에 이런 부분은 예외로 봅니다.