冰是我们生活中司空见惯的物质。冬天，你会看到河里的水结冰。夏天，则有我们喜欢喝的冰镇饮料。体育项目中有滑冰。我们在电视电影里经常看到的冰山冰川现象。20世纪90年代的著名电影《泰坦尼克号》中，其凄美的爱情故事就和我们本书的主角——冰，不无关联。那艘号称“永不沉没”的泰坦尼克号轮船就是毁于“美丽”的冰山之手。
可以说，冰与我们的生活息息相关。关于它，你了解多少呢？本书将对冰的知识进行系统的介绍。看看哪些是你知道的，哪些是不曾听说过的。
1.水的固态——冰
众所周知，自然界的水，通常有气态、固态和液态三种状态。其中，冰就是水的固体形态。
水是一种特殊的液体。我们都知道，水在4℃时密度最大。温度在4℃以上，液态水一般遵循热胀冷缩的规律，这是容易理解的。但是为什么到了4℃以下，水就变得不守规矩了呢？原来，4℃以下时，水中呈线形分布的缩合分子中，出现一种像冰晶结构一样的似冰缔合分子，叫做“假冰晶体”。而且冰的密度比水小，由于“假冰晶体”的存在，水的密度就降低了。
目前，人类已经可以在实验室里制造出8种不同的冰的晶体。不过，只有天然冰能在自然条件下存在。其他晶体都属于高压冰，是无法在自然条件下稳定存在的。
在天然冰中，水分子的缔合是按六方晶系的规则排列起来的（如第3页图）。所谓结晶格子，最简单的例子是紧密地堆砌的砖块，假若我们在这砖块的中心用一个假设的原子来代替，则就会得到一个类似冰晶的格子。通常来说，冰的晶格是一个带顶锥的三棱柱体，6个角上的氧原子分别为相邻6个晶胞所共有。3个棱上氧原子各为3个相邻晶胞所共有，2个轴顶氧原子各为2个晶胞所共有，只有中央一个氧原子归该晶胞所独有。
2.与生俱来——冰的性质
冰是无色透明的固体，晶格结构一般为六方体。但是，在不同压力下，也可能出现其他晶格结构。在常压环境下，冰的熔点为0℃。也就是说，温度达到0℃时，冰就开始融化。
一般情况下，当0℃的水变成冰，它的体积会增加1/9左右。据观测，封闭条件下水冻结时，因体积增加所产生的压力可达2500大气压。
3.孪生兄弟——冰水之别
据研究，冰是一种具有四面体的晶体结构。而且这个四面体是通过氢键形成的，它是一个敞开式的松弛结构，因为5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4℃时水的9/10.
水溶解的时候，由于大量的氢键被拆散，从而使得其整体化为四面体集团和零星的较小的“水分子集团”。所以，液态水没有冰那样的有序排列，而是有一定程度的无序排列。水分子间的距离不像在冰中那样固定，它可以由一个四面体的微晶进入到另一微晶中去，这样，分子间的空隙就减少了，这就是为什么水的密度比冰大的原因。
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，因而密度增大。在4℃时水的密度达到最大，随着温度的升高，水分子间的热运动也会增大分子间的距离，从而使密度又减小。所以，过了4℃，水的密度随着温度的升高又会变小。
