آب یک مایع مرموز است. این به این دلیل است که بیشتر خواص آن غیرعادی است، یعنی. متفاوت از سایر مایعات دلیل آن در ساختار خاص آن است که به دلیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکول ها است که با دما و فشار تغییر می کند. یخ نیز این خواص منحصر به فرد را دارد. شایان ذکر است که چگالی را می توان با استفاده از فرمول ρ=m/V تعیین کرد. بر این اساس، این معیار را می توان از طریق مطالعه جرم ماده محیط در واحد حجم تعیین کرد.
بیایید برخی از خواص یخ و آب را بررسی کنیم. به عنوان مثال، ناهنجاری چگالی. پس از ذوب شدن، چگالی یخ افزایش می یابد و از علامت بحرانی 4 درجه عبور می کند و تنها پس از آن با افزایش دما شروع به کاهش می کند. اما در مایعات معمولی همیشه در فرآیند سرد شدن کاهش می یابد. این واقعیت یک توضیح کاملا علمی پیدا می کند. هر چه دما بالاتر باشد، سرعت مولکول ها بیشتر می شود. این منجر به جدا شدن آنها می شود و بر این اساس ماده شل می شود. معمای آب نیز در این واقعیت نهفته است که با وجود افزایشسرعت مولکول ها با افزایش دما،
چگالی آن فقط در دماهای بالا کاهش می یابد.
معمای دوم در این سؤال نهفته است: "چرا یخ می تواند روی سطح آب شناور باشد؟"، "چرا در رودخانه ها تا ته یخ نمی زند؟" واقعیت این است که چگالی یخ کمتر از چگالی آب است. و در فرآیند ذوب هر مایع دیگر، چگالی آن کمتر از یک کریستال است. این به دلیل این واقعیت است که در دومی مولکول ها دوره تناوب خاصی دارند و به طور منظم مرتب می شوند. این برای کریستال های هر ماده ای معمول است. با این حال، علاوه بر این، مولکول‌های آنها نسبتاً متراکم "بسته‌بندی" شده‌اند. در فرآیند ذوب کریستال، نظم از بین می رود، که تنها با پیوند کمتر متراکم مولکول ها امکان پذیر است. بر این اساس، چگالی ماده در فرآیند ذوب کاهش می یابد. اما این معیار کمی تغییر می کند، به عنوان مثال، هنگام ذوب فلزات، به طور متوسط تنها 3 درصد کاهش می یابد.
اما چگالی یخ ده درصد کمتر از چگالی آب است. بنابراین می توان گفت که این پرش نه تنها از نظر علامت، بلکه از نظر بزرگی نیز غیرعادی است.
این پازل ها با ویژگی های ساختار یخی توضیح داده می شوند. این شبکه ای از پیوندهای هیدروژنی است که در هر گره چهار عدد از آنها وجود دارد. بنابراین، شبکه چهارگانه نامیده می شود. تمام زوایای آن برابر با qT است، بنابراین به آن چهار وجهی می گویند. علاوه بر این، از حلقه های شش عضوی به شکل منحنی تشکیل شده است.
یک ویژگی ساختار آب جامد این است کهمولکول ها را به صورت آزاد در آن بسته بندی می کند. اگر آنها در رابطه نزدیک بودند، چگالی یخ 2.0 گرم بر سانتی متر مکعب بود، در حالی که در واقعیت 0.92 گرم بر سانتی متر مکعب است. از این جا باید این نتیجه حاصل می شد که وجود حجم های فضایی بزرگ باید منجر به بروز ناپایداری شود. در واقع، شبکه از استحکام کمتری برخوردار نمی شود، اما می توان آن را بازسازی کرد. یخ آنقدر ماده قوی است که حتی اجداد اسکیموهای امروزی یاد گرفتند که کلبه های خود را از آن بسازند. تا به امروز، ساکنان قطب شمال از بتن یخی به عنوان مصالح ساختمانی استفاده می کنند. بر این اساس با افزایش فشار، ساختار یخ تغییر می کند. این پایداری است که خاصیت اصلی پیوندهای هیدروژنی شبکه‌های بین مولکول‌های H2O را تشکیل می‌دهد. بر این اساس، هر مولکول آب چهار پیوند هیدروژنی را در حالت مایع حفظ می کند، اما در عین حال زوایای آن با qT متفاوت می شود، که منجر به این واقعیت می شود که چگالی یخ کمتر از چگالی آب است.
