الماء سائل غامض. وذلك لأن معظم خواصه شاذة ، أي: تختلف عن السوائل الأخرى. يكمن السبب في هيكلها الخاص ، والذي يرجع إلى الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات التي تتغير مع درجة الحرارة والضغط. للجليد أيضًا هذه الخصائص الفريدة. تجدر الإشارة إلى أنه يمكن تحديد الكثافة باستخدام الصيغة ρ=m / V. وبناءً عليه يمكن تحديد هذا المعيار من خلال دراسة كتلة مادة الوسط لكل وحدة حجم.
دعونا نلقي نظرة على بعض خصائص الجليد والماء. على سبيل المثال ، شذوذ الكثافة. بعد الذوبان ، تزداد كثافة الجليد ، مروراً بعلامة حرجة قدرها 4 درجات ، وبعد ذلك فقط تبدأ في الانخفاض مع زيادة درجة الحرارة. ومع ذلك ، في السوائل العادية ، يتناقص دائمًا في عملية التبريد. تجد هذه الحقيقة تفسيرًا علميًا تمامًا. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زادت سرعة الجزيئات. هذا يؤدي إلى تفريقهم ، وبالتالي تصبح المادة أكثر مرونة. لغز الماء يكمن أيضا في حقيقة أنه بالرغم من الزيادةسرعة الجزيئات مع زيادة درجة الحرارة ،
تنخفض كثافته فقط في درجات الحرارة العالية.
اللغز الثاني يكمن في الأسئلة: "لماذا يطفو الجليد على سطح الماء؟" ، "لماذا لا يتجمد إلى قاع الأنهار؟" الحقيقة هي أن كثافة الجليد أقل من كثافة الماء. وفي عملية إذابة أي سائل آخر ، تبين أن كثافته أقل من كثافة البلور. هذا يرجع إلى حقيقة أن الجزيئات في الأخير لها تواتر معين ويتم ترتيبها بانتظام. هذا هو الحال بالنسبة لبلورات أي مادة. ومع ذلك ، بالإضافة إلى ذلك ، فإن جزيئاتهم "معبأة" بشكل كثيف إلى حد ما. في عملية ذوبان الكريستال ، يختفي الانتظام ، وهو أمر ممكن فقط مع وجود رابطة أقل كثافة من الجزيئات. تبعا لذلك ، تقل كثافة المادة في عملية الذوبان. لكن هذا المعيار يتغير قليلاً ، على سبيل المثال ، عند صهر المعادن ، يتناقص بمعدل 3 في المائة فقط.
ومع ذلك ، فإن كثافة الجليد أقل بنسبة عشرة بالمائة من كثافة الماء. لذلك ، يمكننا القول أن هذه القفزة شاذة ليس فقط في علامتها ، ولكن أيضًا في حجمها.
يتم شرح هذه الألغاز من خلال خصائص هيكل الجليد. إنها شبكة من الروابط الهيدروجينية ، حيث يوجد أربعة منها عند كل عقدة. لذلك ، تسمى الشبكة الرباعية. جميع الزوايا فيه تساوي qT ، لذلك يطلق عليه رباعي السطوح. علاوة على ذلك ، يتكون من حلقات سداسية الشكل منحنية.
سمة من سمات هيكل الماء الصلب هي ذلكمعبأة الجزيئات فضفاضة فيه. إذا كانوا على علاقة وثيقة ، فستكون كثافة الجليد 2.0 جم / سم 3 ، بينما في الواقع تبلغ 0.92 جم / سم 3. من هذا المنطلق ، يجب أن يتبع الاستنتاج أن وجود أحجام مكانية كبيرة يجب أن يؤدي إلى ظهور عدم الاستقرار. في الواقع ، لا تصبح الشبكة أقل قوة ، ولكن يمكن إعادة بنائها. الجليد مادة قوية لدرجة أن أسلاف الأسكيمو الحديثة تعلموا بناء أكواخهم منها. حتى يومنا هذا ، يستخدم سكان القطب الشمالي الخرسانة الجليدية كمواد بناء. وفقًا لذلك ، مع زيادة الضغط ، يتغير هيكل الجليد. هذا الاستقرار هو الذي يشكل الخاصية الرئيسية للروابط الهيدروجينية للشبكات بين جزيئات H2O. وفقًا لذلك ، يحتفظ كل جزيء ماء بأربعة روابط هيدروجينية في الحالة السائلة ، ولكن في نفس الوقت تصبح الزوايا مختلفة عن qT ، مما يؤدي إلى حقيقة أن كثافة الجليد أقل من كثافة الماء.
