Це унікальна властивість води уможливлює життя в річках і озерах - інакше ці відносно дрібні водойми неминуче промерзали б до дна в зимовий період і були б позбавлені всіх живих організмів, за винятком, може бути, найпростіших бактерій екстремофіл.
Пояснити ці властивості на підставі лише будови і хімічних параметрів молекул води вчені до останнього часу не могли. Секрет крився в структурі, в яку самоорганізуються молекули рідкої води. Він довгий час залишався нерозгаданим, оскільки вивчити цю структуру тими ж методами, що застосовуються для вивчення будови твердих тіл, практично неможливо.
Команда Андерса Нільсона (Anders Nilsson), провідного спеціаліста Стенфордського центру синхротронного випромінювання (Stanford Synchrotron Radiation Lightsource), зуміла подолати ці труднощі завдяки новітнім методам вивчення будови рідин з використанням потужного рентгенівського випромінювання, одержуваного за допомогою великих прискорювачів елементарних частинок, званих синхротронами. Один з використаних в роботі синхротронів знаходиться в Японії, а другий в США.
Вчені з'ясували, що існували до цих пір уявлення про молекулярну структуру води були невірними - виявилося, що її молекули формують не одну структуру, а одночасно два типи структур, що співіснують в рідині незалежно від температури. Один тип структури формується у вигляді згустків приблизно по 100 молекул, структура яких нагадує структуру льоду. Другий тип структури, навколишнього згустки, набагато менш впорядкований.
Збільшення температури аж до точки кипіння води призводить до деякого спотворення структури згустків та зменшення їх кількості та домінування разупорядоченной структури.
§ 1.4 Кристалічні льоди
Лід - кристалічна форма води, що володіє за останніми даними чотирнадцятьма структурними модифікаціями. Серед них є і кристалічні (природний лід) і аморфні (кубічний лід) і метастабільні модифікації, що розрізняються один від одного взаємним розташуванням і фізичними властивостями молекул води, пов'язані водневими зв'язками, що формують кристалічну решітку льоду.
Рис.1.4.1. Кристалічна структура льоду.
Всі вони крім звичного нам природного льоду Ih, кристаллизующего в гексагональної решітці, утворюються в умовах екзотичних - при дуже низьких температурах сухого льоду та рідкого азоту і високих тисках в тисячі атмосфер, коли кути водневих зв'язків у молекулі води змінюються і утворюються кристалічні системи, відмінні від гексагональної. Такі умови нагадують космічні і не зустрічаються на Землі.
У природі лід представлений головним чином, однією кристалічної різновидом, кристаллизующейся в гексагональної решітці, що нагадує структуру алмазу, де кожна молекула води оточена чотирма найближчими до неї молекулами, що знаходяться на однакових відстанях від неї, рівних 2,76 ангстрем і розміщених у вершинах правильного тетраедра. У зв'язку з низьким координаційним числом структура льоду є сітчастої, що впливає на його невисоку щільність, складова 0,931 г/см3.
Саме незвичайне властивість льоду - це дивовижне різноманіття зовнішніх проявів. При одній і тій же кристалічній структурі він може виглядати зовсім по-різному, приймаючи форму прозорих градин і бурульок, пластівців пухнастого снігу, щільно...
