Wasser ist eine geheimnisvolle Flüssigkeit. Dies liegt daran, dass die meisten seiner Eigenschaften anomal sind, d.h. anders als andere Flüssigkeiten. Der Grund liegt in seiner besonderen Struktur, die auf Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Molekülen zurückzuführen ist, die sich mit Temperatur und Druck verändern. Auch Eis hat diese einzigartigen Eigenschaften. Erwähnenswert ist, dass die Dichte mit der Formel ρ=m/V bestimmt werden kann. Dementsprechend kann dieses Kriterium durch die Untersuchung der Masse der Substanz des Mediums pro Volumeneinheit festgelegt werden.
Sehen wir uns einige Eigenschaften von Eis und Wasser an. Zum Beispiel Dichteanomalie. Nach dem Schmelzen nimmt die Dichte des Eises zu, durchläuft eine kritische Marke von 4 Grad und beginnt erst danach mit zunehmender Temperatur abzunehmen. Bei gewöhnlichen Flüssigkeiten nimmt sie jedoch beim Abkühlen immer ab. Diese Tatsache findet eine völlig wissenschaftliche Erklärung. Je höher die Temperatur, desto schneller die Moleküle. Dies führt dazu, dass sie auseinandergedrückt werden, und dementsprechend wird die Substanz lockerer. Das Rätsel des Wassers liegt auch darin, dass trotz des AnstiegsGeschwindigkeit von Molekülen mit steigender Temperatur,
seine Dichte nimmt nur bei hohen Temperaturen ab.
Das zweite Rätsel liegt in den Fragen: "Warum kann Eis auf der Wasseroberfläche schwimmen?", "Warum friert es in Flüssen nicht bis auf den Grund zu?" Tatsache ist, dass die Dichte von Eis geringer ist als die von Wasser. Und beim Schmelzen einer anderen Flüssigkeit stellt sich heraus, dass ihre Dichte geringer ist als die eines Kristalls. Dies liegt daran, dass bei letzteren die Moleküle eine gewisse Periodizität aufweisen und regelmäßig angeordnet sind. Dies ist typisch für Kristalle beliebiger Substanzen. Abgesehen davon sind ihre Moleküle jedoch ziemlich dicht „gepackt“. Beim Kristallschmelzen verschwindet die Regelmäßigkeit, die nur bei einer weniger dichten Bindung von Molekülen möglich ist. Dementsprechend nimmt die Dichte des Stoffes beim Schmelzvorgang ab. Aber dieses Kriterium ändert sich ziemlich, zum Beispiel beim Schmelzen von Metallen nimmt es um durchschnittlich nur 3 Prozent ab.
Aber die Dichte von Eis ist zehn Prozent geringer als die Dichte von Wasser. Daher können wir sagen, dass dieser Sprung nicht nur in seinem Vorzeichen, sondern auch in seiner Größe anomal ist.
Diese Rätsel werden durch die Besonderheiten der Eisstruktur erklärt. Es ist ein Gitter aus Wasserstoffbrückenbindungen, von denen an jedem Knoten vier davon vorhanden sind. Daher wird das Gitter vierfach genannt. Alle Winkel darin sind gleich qT, also heißt es tetraedrisch. Außerdem besteht es aus sechsgliedrigen Ringen mit gebogener Form.
Ein Merkmal der Struktur von festem Wasser ist daslose darin verpackte Moleküle. Wenn sie in enger Beziehung stehen, dann würde die Dichte von Eis 2,0 g/cm3 betragen, während sie in Wirklichkeit 0,92 g/cm3 beträgt. Daraus hätte der Schluss gezogen werden müssen, dass das Vorhandensein großer räumlicher Volumina zum Auftreten von Instabilität führen sollte. Tatsächlich wird das Gitter nicht weniger stark, aber es kann wieder aufgebaut werden. Eis ist ein so starkes Material, dass sogar die Vorfahren der modernen Eskimos gelernt haben, ihre Hütten daraus zu bauen. Bis heute verwenden die Bewohner der Arktis Eisbeton als Baumaterial. Dementsprechend verändert sich mit zunehmendem Druck die Struktur des Eises. Diese Stabilität ist die Haupteigenschaft der Wasserstoffbrückenbindungen von Netzwerken zwischen H2O-Molekülen. Dementsprechend behält jedes Wassermolekül im flüssigen Zustand vier Wasserstoffbrückenbindungen, aber gleichzeitig werden die Winkel von qT verschieden, was dazu führt, dass die Dichte von Eis geringer ist als die von Wasser.
