冰是如何形成的

　　冰是在固態水中的12種結晶形態之一。冰傳遞冷，溫度低。很多人都好奇形成冰的原因是什麼。下面由小編為你詳細介紹的相關知識。

　　冰的形成

　　冰是無色透明的固體，分子之間主要靠氫鍵作用，晶格結構一般為六方體，但因應不同壓力可以有其他晶格結構。密度比水小。

　　自然界中的水，具有氣態、固態和液態三種狀態。常溫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。h代表六角形，標準大氣壓下，冰的熔點是0℃，其熔化熱是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，壓力的原因，溫度高達150~200℃，溫度達到-165℃時，就形成了冰Ⅺ。不利身體健康，不可過多食用。

　　冰的特性與功勞

　　水的熱脹冷縮是反常的，水在低於4度時熱縮冷脹，導致密度下降，而大於4度時，則恢復熱脹冷縮。這是水最重要也是最奇特的特性之一。

　　這是保障生物存在的很重要的一點，當水結冰的時候，冰的密度小，浮在水面，可以保障水下生物的生存。當天暖的時候，冰在上面，也是最先解凍。但如果冰的密度比水大，冰會不斷沉到水下，天暖的時候也不會解凍，來年上面的水繼續冰凍，直到所有的水都成了冰，那所有的水生生物都不會存在了。

　　特殊的冰

　　熱冰：除了前面提到高壓下形成的熱冰之外，重水***D2O***在3.8℃時結冰，成為另一種形式的“熱冰”。

　　水是一種特殊的液體。它在4℃時密度最大。溫度在4℃以上，液態水遵守一般熱脹冷縮規律。4℃以下，原來水中呈線形分佈的縮合分子中，出現一種像冰晶結構一樣的似冰締合分子，叫做"假冰晶體"。因為冰的密度比水小，“假冰晶體”的存在，降低了水的密度，這就是為什麼水在4℃時密度最大，低於4℃密度又要減小的祕密。

　　人類已經能夠在實驗室裡製造出八種冰的晶體。但只有天然冰能在自然條件下存在，其它都是高壓冰，在自然界不能穩定存在。

　　天然冰中水分子的締合是按六方晶系的規則排列起來的。所謂結晶格子，最簡單的例子是緊密地堆砌的磚塊，如果在這些磚塊的中心處代之以一個假設的原子，便得到了一個結晶格子。冰的晶格為一個帶頂錐的三稜柱體，六個角上的氧原子分別為相鄰六個晶胞所共有。三個稜上氧原子各為三個相鄰晶胞所共有，二個軸頂氧原子各為二個晶胞所共有，只有中央一個氧原子算是該晶胞所獨有。

　　注：一般被稱為乾冰的物質實際是二氧化碳的固體狀態，與水和冰沒有關係。

　　乾冰是二氧化碳的固體形式。在正常氣壓下，二氧化碳的凝固點是攝氏負78.5度，在保持物體維持冷凍或低溫狀態下非常有用。它無色，無味，不易燃，略帶酸性。乾冰的密度各不相同，但通常約為 1.4至1.6 g/cm。乾冰能夠急速的冷凍物體和降低溫度並且可以用隔離手套來做配置。到二十一世紀，乾冰已經被廣泛的使用在許多層面了，乾冰在增溫時是由固態直接昇華為氣態，直接轉化為氣體而省略轉為液態的程式，因此其相變並不會產生液體，也因此我們稱它做“乾冰”。要將二氧化碳變成液態，就必須加大壓強至5.1 大氣壓才會出現液態二氧化碳。

　　冰與水

　　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絡起來，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。

　　溫度升高時，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。

　　河冰

　　黃河流域是中華民族的搖籃，孕育了華夏五千年的文明。但是黃河帶給我們中華民族的不全是好處，黃河洪水和冰害經常掠去兩岸人民的財產和生命。

　　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。

　　冰的融化方法

　　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?a href='//' target='_blank'>咳嗽蔽?說韃楸?幽誆靠?既諢?南窒螅???a href='//' target='_blank'>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。

　　冰的結晶是水分子呈六角形規則排列的結構。研究小組演算時發現，加熱之後，首先是一個水分子從結晶脫離，開始自由運動，而這個水分子並不會回到原來的位置，從而導致結晶出現歪曲。而結晶一旦出現歪曲，就會逐漸擴大，最終整個結晶分崩離析，變為液體形態。

　　研究小組認為，這個發現弄清了物質由固體變為液體的瞬間，從分子級別查明瞭物質融化的普遍現象。

　　這一成果的論文已作為封面文章刊登在20日一期的英國《自然》雜誌上。