基本简介

结构

冰的分子模型

冰是无色透明的固体，分子之间主要靠氢键作用，晶格结构一般为六方体，但因应不同压力可以有其他晶格结构。密度比水小。

由于水分子间有氢键缔合这样的特殊结构所决定的。根据近代X射线的研究，证明了冰具有四面体的晶体结构。这个四面体是通过氢键形成的，是一个敞开式的松弛结构，因为五个水分子不能把全部四面体的体积占完，在冰中氢键把这些四面体联系起来，成为一个整体。这种通过氢键形成的定向有序排列，空间利用率较小，约占34%，因此冰的密度较小，约为摄氏4度时液态水的9/10。

冰融化时拆散了大量的氢键，使整体化为四面体集团和零星的较小的“水分子集团”(即由氢键缔合形成的一些缔合分子)，故液态水已经不像冰那样完全是有序排列了，而是有一定程度的无序排列，即水分子间的距离不象冰中那样固定，H₂O分子可以由一个四面体的微晶进入另一微晶中去。这样分子间的空隙减少，密度相对冰就增大了。

温度升高时，水分子的四面体集团不断被破坏，分子无序排列增多，使密度增大。但同时，分子间的热运动也增加了分子间的距离，使密度又减小。这两个矛盾的因素在4℃时达到平衡，因此，在4℃时水的密度最大。过了4℃后，分子的热运动使分子间的距离增大的因素，就占优势了，水的密度又开始减小。

熔点

冰

在常压环境下，冰的熔点为0℃。0℃水冻结成冰时，体积会增大约1/9（水体积最小时为4℃）。据观测，封闭条件下水冻结时，体积增加所产生的压强可达2500大气压。

冰的熔点与压强存在着一种奇妙的关系：在2200大气压以下，冰的熔点随压力的增大而降低，大约每升高130个大气压降低1摄氏度；超过2200大气压后，冰的熔点随压力增加而升高：3530大气压下冰的熔点为-17℃，6380大气压下为 0℃，16500大气压下为 60℃，而20670大气压下冰在76℃时才熔化，称为名副其实的“热冰”。冰在0℃下密度为0.917 g/cm³，而水的密度正常为1.00g/cm³，所以冰会浮于水上。

融化

1/3

冰是水在自然界中的固体形态，在常压环境下，温度高于零摄氏度时，冰就会开始融化，变为液态水。日本一个研究小组发现，冰开始融化的时候，是以结晶内的一个水分子开始脱离结晶为契机，相关机制有助于弄清含水的蛋白质出现结构变化的机制。

如果用电灯等的强光照射，冰的内部就会融化，浮现出称为“冰花”的类似雪结晶的形状。来自日本分子科学研究所和冈山大学的研究人员为了调查冰从内部开始融化的现象，利用计算机演算了由约1000个水分子形成的冰被加热时将发生什么变化。

冰的结晶是水分子呈六角形规则排列的结构。加热之后，首先是一个水分子从结晶脱离，开始自由运动，而这个水分子并不会回到原来的位置，从而导致结晶出现歪曲。而结晶一旦出现歪曲，就会逐渐扩大，最终整个结晶分崩离析，变为液体形态。

特性

1/3

水的热胀冷缩是反常的，水在低于4度时热缩冷胀，导致密度下降，而大于4度时，则恢复热胀冷缩。这是水最重要也是最奇特的特性之一。