氷

自然に存在する結晶無機固体で秩序ある構造を持っているため、氷は鉱物と見なされます。それは水分子に基づく規則的な結晶構造を持ち、一つの酸素原子が二つの水素原子に共有結合している（H–O–H）構造を持ちます。しかし、水と氷の多くの物理的特性は隣接する酸素と水素原子間の水素結合の形成によって制御されます。この結合は弱いものの、水と氷の構造を制御する上で重要です。水の特殊な性質として、大気圧下で凍結した固体の形態である氷は液体の形態よりも約8.3%密度が低いという点があります。これは体積的膨張が9%に相当します。氷の密度は0°Cおよび標準大気圧（101,325Pa）で0.9167〜0.9168g/cmであるのに対し、同じ温度と圧力下で水の密度は0.9998〜0.999863g/cmです。液体の水は4°Cで最も密度が高く、基本的に1.00g/cmであり、冷凍点に達するにつれて六角形の結晶氷が形成され始めるため、密度が低下し始めます。これは水素結合が分子間力を支配し、固体において分子のパッキングがより緩やかになるためです。氷の密度は温度が低下するにつれてわずかに増加し、-180°C（93K）では0.9340g/cmの値を持ちます。水が凍結すると、体積が約9%（淡水の場合）増加します。この膨張の効果は顕著であり、氷の膨張は自然界での凍結融解風化や霜上げによる建物の基礎や道路の損傷の基本的な原因です。また、水道管が凍結する過程で膨張する水の圧力により破裂して家屋の洪水を引き起こす一般的な原因でもあります。このプロセスの結果として、氷（最も一般的な形態）は液体の水に浮かびます。これは地球の生物圏において重要な特徴であるとされています。この特性がなければ、自然の水域が下から凍結し、場合によっては永続的に凍結し、淡水および海水中の底生生物や植物の生命が失われると主張されています。十分に薄い氷のシートは光を通し、風寒などの短期的な天候極端から下側を保護します。これにより、細菌や藻類のコロニーにとって保護された環境が生まれます。海水が凍結すると、塩水を含んだチャネルが存在し、細菌や藻類、コペポーダ、環形動物などの共生生物を維持します。これらはキリルや特殊な魚類であるハゲタカノトス、さらには皇帝ペンギンやミンククジラなどの大きな動物に食べられます。氷が融けると、同じ質量の水を80°C温めるために必要なエネルギーと同量のエネルギーを吸収します。融解プロセス中、温度は0°Cで一定に保たれます。融解中に追加されるエネルギーは氷（水）分子間の水素結合を切断します。すべての水素結合が切断され氷が液体の水と見なされるようになった後にのみ、エネルギーが温度（熱エネルギー）を上げることができるようになります。氷から水への遷移で水素結合を切断する過程で消費されるエネルギー量は融解熱として知られています。水と同様に、氷は酸素-水素結合（O–H結合）の伸びのオーバートーンの結果としてスペクトルの赤い端を優先的に吸収します。水と比較して、この吸収はわずかに低いエネルギーにシフトしています。したがって、氷は青く見え、液体の水よりもわずかに緑がかった色調を持ちます。吸収は累積的なので、厚さが増すか内部反射によって光が氷を通って長い経路を通ると、色効果が強まります。光吸収不純物が存在すると、その他の色が現れることがあります。不純物が色を決定する場合、氷自体ではなく例えば氷山が含む不純物（例えば、堆積物、藻類、空気の泡）によって、茶色、灰色、緑色に見えることがあります。

熱バラストとして氷はアイスボックスで食料を冷やし、保存するために使用されます。氷のキューブや砕いた氷は飲み物を冷やすために使用されます。氷が融けると熱を吸収し、飲み物を0°C（32°F）近くに保ちます。氷はバッテリーや太陽光で動くファンを使って熱波中に標準的なエアコンが動作しない時に冷房システムの一部として使用されることがあります。また、氷は冷たいパックと同様に腫れを減らし（血流を減らすことによって）痛みを和らげるために体の一部に押し当てて使用されます。構造材としてエンジニアは1973年に南極大陸初の浮氷桟橋を建設する際にパックアイスの強度を利用しました。このような氷桟橋は船を積み下ろしする際に使用されます。艦隊の作業員は冬の間に浮き桟橋を作り、マクマードサウンドの自然に凍った海水の上に建設します。桟橋の深さが約22フィート（6.7メートル）に達するまで作られます。氷の桟橋の寿命は3〜5年です。構造物や氷の彫刻は大きな氷の塊から作られるか、水を噴霧して作ります。これらの構造物は主に装飾用であり（氷の城の場合などはそうです）、長期間の居住には実用的ではありません。氷のホテルは寒い地域で季節的に存在します。イグルーは雪を主材料とする一時的な構造物の別の例です。寒冷地では、氷が張った湖や群島地域に定期的に道路が準備されます。短期間では、鉄道さえも氷の上に作られたことがあります。第二次世界大戦中、ハバクク計画はピクレット（木材繊維と氷を混ぜたもの）を船舶、特に航空母艦の材料として使用する可能性を調査した連合国のプログラムでした。小規模なプロトタイプが作られましたが、戦争中にそのような船の必要性がなくなり、フルスケールでの建設はなされませんでした。氷は、パーカッション奏者テルジェ・イサングセットによって使用されたさまざまな楽器の材料としても使用されています。