冰

作為一種自然發生的晶體無機固體，具有有序結構，冰被認為是一種礦物。它具有基於水分子的規則晶體結構，水分子由一個氧原子共價鍵接兩個氫原子（H–O–H）組成。然而，水和冰的許多物理性質受相鄰氧氫原子之間形成的氫鍵控制；雖然氫鍵是一種弱鍵，但在控制水和冰的結構方面至關重要。水的一個特殊性質是它的固態形式——在大氣壓下結冰——比其液態形式大約輕 8.3%；這相當於體積膨脹 9%。冰在0 °C 和標準大氣壓（101,325 Pa）下的密度為0.9167–0.9168 g/cm，而水在相同溫度和壓力下的密度為0.9998–0.999863 g/cm。液態水在4 °C 時密度最大，大約為1.00 g/cm，當接近冰點時，由於水分子開始形成冰的六方晶體，密度開始下降。這是由於氫鍵在分子間力中佔主導地位，導致固體中的分子排列不那麼緊密。冰的密度隨著溫度下降而略有增加，並在-180 °C（93 K）時達到0.9340 g/cm。當水結冰時，它的體積會增加（淡水約為9%）。這種冷凍時的膨脹效應可以非常顯著，冰的膨脹是岩石在自然界中冷凍風化的基本原因，也是由於冰脹而破壞建築地基和道路的一個原因。當水管在冬季凍結時，水膨脹的壓力經常導致房屋淹水。這一過程的結果是冰（最常見形式）浮在液態水上，這是地球生物圈中的一個重要特徵。有人認為，沒有這一特性，天然水體可能會從底部開始結冰，在某些情況下，這會導致依賴底部的動植物在淡水和海水中喪失。足夠薄的冰層可以讓光線穿透，同時在短期天氣極端狀況（如風寒）下保護下方環境。這為細菌和藻類群落創造了一個受保護的環境。當海水結冰時，冰中充滿了鹽水通道，這些通道能夠孕育共生有機體，如細菌、藻類、橈腳類和環節動物，這些生物進而成為磷蝦和專門魚類（如禿頭南極魚）的食物，進而被更大的動物（如皇帝企鵝和米克鯨）捕食。當冰融化時，它吸收的能量與將相同質量的水加熱 80 °C 所需的能量一樣多。在融化過程中，溫度恒定在0 °C。融化時，任何添加的能量都用來打破冰（即水）分子之間的氫鍵。只有在足夠的氫鍵被打破，使冰可以被認為是液態水之後，能量才會變得可用來增加熱能量（溫度）。在從冰轉變為水的過程中，消耗的能量被稱為熔化熱。與水一樣，冰在光譜的紅色端優先吸收光，這是氧氫（O–H）鍵拉伸的一個泛音。與水相比，這種吸收偏向於能量略低的一端。因此，冰呈現藍色，帶有比液態水稍綠一些的色調。由於吸收是積累的，隨著冰的厚度增加或內部反射使光線行經更長的路徑，顏色效果會加強。在有吸光雜質存在的情況下，其他顏色會出現，此時雜質決定了顏色而不是冰本身。例如，含有雜質（如沉積物、藻類、氣泡）的冰山會呈現棕色、灰色或綠色。

作為熱量平衡 冰被用於冰箱中冷卻和保存食物。冰塊或碎冰可以用來冷卻飲料。當冰融化時，它吸收熱量並保持飲料接近 0 °C（32 °F）。冰可以用作空調系統的一部分，使用電池或太陽能驅動的風扇將熱空氣吹過冰塊。這在熱浪期間特別有用，當電力中斷且標準電力驅動的空調不起作用時。冰可以用來減少腫脹（通過減少血流量）和疼痛，通過將其壓在身體的某個部位上。 作為結構材料 工程師在建造 1973 年南極洲第一個漂浮冰碼頭時利用了密集冰的巨大強度。這些冰碼頭在貨物操作過程中用於裝卸船隻。艦隊作業人員在冬季期間製作漂浮碼頭。他們在麥克默多海峽的自然凍結海水上構建，直到碼頭達到約 22 英尺（6.7 米）的深度。冰碼頭的壽命為三到五年。 結構和冰雕是用大的冰塊建造的，或者通過噴水製作。這些結構大多是裝飾性的（如冰城堡），不適合長期居住。冰酒店在一些寒冷地區是季節性的。冰屋是另一種臨時結構，主要由雪製成。在寒冷的氣候中，定期在冰封的湖泊和群島地區準備道路。臨時情況下，甚至在冰上建造了一條鐵路。在第二次世界大戰期間，哈巴谷計劃（Project Habbakuk）是一個盟軍計劃，研究使用 pykrete（木纖維與冰混合）作為製造戰艦，特別是航母的可能材料，因為用冰建造一艘防雷擊和具有大甲板的船舶相對容易。建造了一個小型原型，但由於戰爭對此類船隻的需求在進行全尺寸建造之前就被取消了。冰甚至被用來製作各種樂器，例如打擊樂手 Terje Isungset。