天然冰

自然界中的水 具有氣態、固態和液態三種狀態。常温常壓的液態的我們稱之為水，氣態的水叫水蒸氣，固態的水稱為冰Ⅰ-h（即天然冰）。h代表六角形，標準大氣壓下，冰的熔點是0℃，其熔化熱[1] 是3.35×10^5J/kg。在每平方米146噸的重壓下，冰Ⅰ-h轉換為冰Ⅱ,3400噸轉換為冰Ⅶ，由於壓力的原因，温度高達150~200℃，温度達到-165℃時，就形成了冰Ⅺ。不利身體健康，不可過多食用。

由於水分子間有氫鍵締合這樣的特殊結構所決定的。根據近代X射線的研究，證明了冰具有四面體的晶體結構。這個四面體是通過氫鍵形成的，是一個敞開式的鬆弛結構，因為五個水分子不能把全部四面體的體積佔完，在冰中氫鍵把這些四面體聯繫起來，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，約佔34%、因此冰的密度較小，約為攝氏4度是液態水的9/10。

冰融化時拆散了大量的氫鍵，使整體化為四面體集團和零星的較小的“水分子集團”(即由氫鍵締合形成的一些締合分子)，故液態水已經不象冰那樣完全是有序排列了，而是有一定程度的無序排列，即水分子間的距離不象冰中那樣固定，H2O分子可以由一個四面體的微晶進入另一微晶中去。這樣分子間的空隙減少，密度相對冰就增大了。

温度升高時，水分子的四面體集團不斷被破壞，分子無序排列增多，使密度增大。但同時，分子間的熱運動也增加了分子間的距離，使密度又減小。這兩個矛盾的因素在4℃時達到平衡，因此，在4℃時水的密度最大。過了4℃後，分子的熱運動使分子間的距離增大的因素，就佔優勢了，水的密度又開始減小。

如果用電燈等的強光照射，冰的內部就會融化，浮現出稱為“冰花”的類似雪結晶的形狀。來自日本分子科學研究所和岡山大學的研究人員為了調查冰從內部開始融化的現象，利用計算機演算了由約1000個水分子形成的冰被加熱時將發生什麼變化。

遠在公元前四百多年，對於黃河的冰情，已有詳細的記載：“孟冬之月，水始冰，地始凍。仲冬之月，冰益堅，地始坼。季冬之月，凍方盛，水澤腹堅，命取冰，冰以入。孟春之月，東風解凍，蟄蟲始振，魚上冰。”這是世界上最早的有關結冰、封凍和解凍的冰情文字記錄。