氷Iは、2000気圧よりも低い圧力で自然に生じる唯一の結晶形です。雪の結晶と冷凍庫の氷は、見た目はかなり違いますが、分子レベルではどちらも同じ正六角形の結晶構造を持った氷Iです。

氷Iは液体よりも密度が低く、水に浮かびます。見慣れたこの性質は、実は水の特異な性質のひとつに数えられていて、水以外のほとんどの物質は結晶化すると体積が小さくなります。なお、高圧では、氷III、氷V、氷VI、氷VIIが液体と共存しますが、氷I以外の高圧氷はすべて液体よりも密度が高く、他の物質と同様に、凍ると液体に沈みます。

水を凍らせると体積が1割近く増えますが、一旦凍ってしまったあとは冷やすほど体積が小さくなります。しかし、極低温では、再び氷は冷やすほど膨張をはじめます(TYM2021, Tanaka 1998)。これも水の特異な性質のひとつです。

氷Iには、実は2種類の結晶構造があります。正六角形の結晶で知られる氷Ih(六方晶氷)のほかに、ダイヤモンドと同じ結晶構造をもつ氷Ic(立方晶氷)があります。これらは、密度は等しいのですが、結晶構造が異なり、後者のほうがわずかに不安定なので、通常は前者しか目にすることはありません。高空で雪の核が生じる時には、氷Ic構造になる場合があります。氷Icについては別記します。

genice2 1h -r 2 2 2 -f svg[shadow:rotatex=95:rotatez=5:H=0.5:HB=0.2:OH=0.4:shadow=#eee1] > 1h.svg

ice1h

References

  1. (Tanaka 1998) Tanaka, H. Thermodynamic stability and negative thermal expansion of hexagonal and cubic ices. J. Chem. Phys. 108, 4887–4893 (1998).

ice water research GenIce

Linked from

Edit