冰是我們生活中司空見慣的物質。冬天，你會看到河裏的水結冰。夏天，則有我們喜歡喝的冰鎮飲料。體育項目中有滑冰。我們在電視電影裏經常看到的冰山冰川現象。20世紀90年代的著名電影《泰坦尼克號》，其淒美的愛情故事就和我們本書的主角——冰，不無關聯。那艘號稱“永不沉沒”的泰坦尼克號輪船就是毀於“美麗”的冰山之手。
可以說，冰與我們的生活息息相關。關於它，你了解多少呢？
本書將對冰的知識進行係統的介紹。看看哪些是你知道的，哪些是你不曾聽說過的。
第一節冰的概述
1.水的固態——冰
眾所周知，自然界的水，通常有氣態、固態和液態三種狀態。其中，冰就是水的固體形態。
水是一種特殊的液體。我們都知道，水在4℃時密度最大。溫度在4℃以上，液態水一般遵循熱脹冷縮的規律，這是容易理解的。
但是為什麼到了4℃以下，水就變得不守規矩了呢？原來，4℃以下時，水中呈線性分布的縮合分子中，出現一種像冰晶結構一樣的似冰締合分子，叫做“假冰晶體”。而且冰的密度比水小，由於“假冰晶體”的存在，水的密度就降低了。
目前，人類已經可以在實驗室裏製造出8種不同的冰的晶體。不過，隻有天然冰能在自然條件下存在。其他晶體都屬於高壓冰，是無法在自然條件下穩定存在的。
在天然冰中，水分子的締合是按六方晶係的規則排列起來的（如第3頁圖）。所謂結晶格子，最簡單的例子是緊密地堆砌的磚塊，假若我們在這磚塊的中心用一個假設的原子來代替，則就會得到一個類似冰晶的格子。通常來說，冰的晶格是一個帶頂錐的三棱柱體，6個角上的氧原子分別為相鄰6個晶胞所共有。3個棱上氧原子各為3個相鄰晶胞所共有，2個軸頂氧原子各為2個晶胞所共有，隻有中央一個氧原子歸該晶胞所獨有。
2.與生俱來——冰的性質
冰是無色透明的固體，晶格結構一般為六方體。但是，在不同壓力下，也可能出現其他晶格結構。在常壓環境下，冰的熔點為0℃。也就是說，溫度達到0℃時，冰就開始融化。
一般情況下，當0℃的水變成冰，它的體積會增加1/9左右。
據觀測，封閉條件下水凍結時，因體積增加所產生的壓力可達2500大氣壓。
3.孿生兄弟——冰水之別
據研究，冰是一種具有四麵體的晶體結構。而且這個四麵體是通過氫鍵形成的，它是一個敞開式的鬆弛結構，因為5個水分子不能把全部四麵體的體積占完，在冰中氫鍵把這些四麵體聯係起來，成為一個整體。這種通過氫鍵形成的定向有序排列，空間利用率較小，約占34％，因此冰的密度較小，約為4℃時水的9/10。
水溶解的時候，由於大量的氫鍵被拆散，從而使得其整體化為四麵體集團和零星的較小的“水分子集團”。所以，液態水沒有冰那樣的有序排列，而是有一定程度的無序排列。水分子間的距離不像在冰中那樣固定，它可以由一個四麵體的微晶進入到另一微晶中去，這樣，分子間的空隙就減少了，這就是為什麼水的密度比冰大的原因。
溫度升高時，水分子的四麵體集團不斷被破壞，分子無序排列增多，因而密度增大。在4℃時水的密度達到最大，隨著溫度的升高，水分子間的熱運動也會增大分子間的距離，從而使密度又減小。所以，過了4℃，水的密度隨著溫度的升高又會變小。
第二節冰的形成
1.季節性的冰——河水結冰
通常，我們知道，在一個標準大氣壓的環境下，若溫度降低到0℃時，水就會凝結成冰，但是，事實上會如此簡單嗎？究其答案，並非所有的事實都如理論所預言的那樣。一個典型的例子就是，在自然界中，當溫度正好是0℃的時候，河裏的水並不一定會結冰，這究竟是為什麼呢？其一，自然界的水不是純淨水，河水中可能溶解了許多礦物質，這就會使水的熔點降低。其二，水結冰會釋放出大量的熱，而當溫度剛剛從0℃以上降到0℃的時候，在這個結冰點即使有水結成冰，也會被放出的熱量融化掉。