Woda to tajemnicza ciecz. Wynika to z faktu, że większość jego właściwości ma charakter anomalny, tj. różni się od innych płynów. Powodem jest jego specjalna struktura, która wynika z wiązań wodorowych między cząsteczkami, które zmieniają się wraz z temperaturą i ciśnieniem. Lód ma również te wyjątkowe właściwości. Warto powiedzieć, że gęstość można wyznaczyć ze wzoru ρ=m/V. W związku z tym kryterium to można ustalić poprzez badanie masy substancji ośrodka na jednostkę objętości.
Przyjrzyjmy się niektórym właściwościom lodu i wody. Na przykład anomalia gęstości. Po stopieniu gęstość lodu wzrasta, przechodząc przez krytyczny znak 4 stopnie, a dopiero potem zaczyna spadać wraz ze wzrostem temperatury. Jednak w zwykłych płynach zawsze maleje w procesie schładzania. Ten fakt znajduje całkowicie naukowe wytłumaczenie. Im wyższa temperatura, tym szybsze cząsteczki. Prowadzi to do ich rozsuwania, a zatem substancja staje się luźniejsza. Zagadka wody polega również na tym, że mimo wzrostuprędkość cząsteczek wraz ze wzrostem temperatury,
jego gęstość zmniejsza się tylko w wysokich temperaturach.
Druga zagadka polega na pytaniach: „Dlaczego lód może unosić się na powierzchni wody?”, „Dlaczego w rzekach nie zamarza do dna?” Faktem jest, że gęstość lodu jest mniejsza niż wody. A w procesie topienia jakiejkolwiek innej cieczy jej gęstość okazuje się mniejsza niż kryształu. Wynika to z faktu, że w tym ostatnim cząsteczki mają pewną okresowość i są ułożone regularnie. Jest to typowe dla kryształów dowolnych substancji. Jednak poza tym ich cząsteczki są „upakowane” dość gęsto. W procesie topnienia kryształów zanika regularność, co jest możliwe tylko przy mniej gęstym wiązaniu cząsteczek. W związku z tym gęstość substancji zmniejsza się w procesie topienia. Ale to kryterium zmienia się trochę, na przykład podczas topienia metali zmniejsza się średnio tylko o 3 procent.
Jednak gęstość lodu jest o dziesięć procent mniejsza niż gęstość wody. Dlatego możemy powiedzieć, że ten skok jest anomalny nie tylko w swoim znaku, ale także w swojej wielkości.
Te łamigłówki są wyjaśnione przez osobliwości struktury lodu. Jest to siatka wiązań wodorowych, gdzie w każdym węźle są ich cztery. Dlatego siatka nazywana jest poczwórną. Wszystkie kąty w nim są równe qT, więc nazywa się to czworościanem. Ponadto składa się z sześcioczłonowych pierścieni o zakrzywionym kształcie.
Cechą struktury wody stałej jest to, żeluźno upakowane cząsteczki. Gdyby były ze sobą blisko siebie, gęstość lodu wynosiłaby 2,0 g/cm3, podczas gdy w rzeczywistości 0,92 g/cm3. Z tego powinien wynikać wniosek, że obecność dużych objętości przestrzennych powinna prowadzić do pojawienia się niestabilności. W rzeczywistości siatka nie słabnie, ale można ją odbudować. Lód jest tak mocnym materiałem, że nawet przodkowie współczesnych Eskimosów nauczyli się z niego budować swoje chaty. Do dziś mieszkańcy Arktyki wykorzystują beton lodowy jako materiał budowlany. W związku z tym wraz ze wzrostem ciśnienia zmienia się struktura lodu. To właśnie ta stabilność stanowi główną właściwość wiązań wodorowych sieci między cząsteczkami H2O. W związku z tym każda cząsteczka wody zachowuje w stanie ciekłym cztery wiązania wodorowe, ale jednocześnie kąty różnią się od qT, co prowadzi do tego, że gęstość lodu jest mniejsza niż gęstość wody.
