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冰的結(jié)構(gòu)

        由X射線和中子衍射的研究，冰的結(jié)晶構(gòu)造相當(dāng)明確。如圖1．5所所示，在冰的結(jié)晶中，水分子的氧原子，存在于由四個(gè)相鄰接的水分子中的氧原子所形成的四面體中心。中心的氧原子在（圖1．5中沒(méi)有劃出含有C，D氧原子的水分子中的氫原子。BCDE構(gòu)成四面體，其中心是A，）A與四面體頂點(diǎn)氧原子BCDE間的距離均為2．76A。A與B，C，D，E間，均存在一個(gè)氫原子，而O一H鍵的方向，即指向鄰接氧原子孤對(duì)電子的方向，形成氫鍵。O一H鍵的距離為1．01A比前述處于氣體狀態(tài)下的水分子O一H鍵的距離稍大。此外，關(guān)于H－O一H價(jià)角，認(rèn)為有下述的兩種可能性性。第一，氫原子存在在于連結(jié)氧原子的直線上。在這種情況下，價(jià)角是正四面體的角度，為109．5”。第第二種可能性是水分子直接存在于冰晶中，而保持原來(lái)的價(jià)角104．5”不變。因此，氫原子不在連結(jié)氧原子的直線上，而氫鍵變成彎曲的形狀。如果根據(jù)用中心衍射法研究重水冰的結(jié)果（S．W． Peterson和H．A，Levy，1957yR． Chidambaran，1961），D一O…D的鍵僅彎曲6．8。此外，H－O一H的彎曲振動(dòng)對(duì)水（1595厘米2）和冰（1640厘米1）稍有不同，以及由核磁共振的結(jié)果，似乎也是后一模式近乎正確。

        按氧原子的四面體結(jié)構(gòu)，冰晶中的原子排列如圖圖1．7所示。水分子形成類(lèi)似于環(huán)已烷椅子形結(jié)構(gòu)的六元環(huán)，該層垂直于c軸平行排列。平行于a軸的面，以這種模式表示在圖1．6中，可知在平行于c軸的方向上，存在大的空間。這就是冰比水還輕的原因，這種異常性也見(jiàn)諸于結(jié)構(gòu)極其相似的金鋼石、硅和儲(chǔ)中。

冰的多晶形結(jié)構(gòu)

      如表1．8所示，冰至少有八個(gè)不同的結(jié)晶形。除冰－1以外，其它七個(gè)僅在高壓下才是穩(wěn)定的，其狀態(tài)圖如圖1，8所所示。冰Ⅱ，III，Ⅵ與冰I類(lèi)似，其水分子最近旁有四個(gè)分子，但它們構(gòu)成的四面體是不規(guī)則的。此外，構(gòu)成氫鍵的氧原子間的距離比冰I的稍短，為2．8土0．1A，在3．2－3．5A處還存在著不參與氫鍵的氧原子。冰VI，Ⅶ，Ⅶ是密度更高的冰。這些冰由于插入了由氫鍵構(gòu)成的格子結(jié)構(gòu)而填補(bǔ)了其格子結(jié)構(gòu)的空間。