冰的结构

        由X射线和中子衍射的研究，冰的结晶构造相当明确。如图1．5所所示，在冰的结晶中，水分子的氧原子，存在于由四个相邻接的水分子中的氧原子所形成的四面体中心。中心的氧原子在（图1．5中没有划出含有C，D氧原子的水分子中的氢原子。BCDE构成四面体，其中心是A，）A与四面体顶点氧原子BCDE间的距离均为2．76A。A与B，C，D，E间，均存在一个氢原子，而O一H键的方向，即指向邻接氧原子孤对电子的方向，形成氢键。O一H键的距离为1．01A比前述处于气体状态下的水分子O一H键的距离稍大。此外，关于H－O一H价角，认为有下述的两种可能性性。第一，氢原子存在在于连结氧原子的直线上。在这种情况下，价角是正四面体的角度，为109．5”。第第二种可能性是水分子直接存在于冰晶中，而保持原来的价角104．5”不变。因此，氢原子不在连结氧原子的直线上，而氢键变成弯曲的形状。如果根据用中心衍射法研究重水冰的结果（S．W． Peterson和H．A，Levy，1957yR． Chidambaran，1961），D一O…D的键仅弯曲6．8。此外，H－O一H的弯曲振动对水（1595厘米2）和冰（1640厘米1）稍有不同，以及由核磁共振的结果，似乎也是后一模式近乎正确。

        按氧原子的四面体结构，冰晶中的原子排列如图图1．7所示。水分子形成类似于环已烷椅子形结构的六元环，该层垂直于c轴平行排列。平行于a轴的面，以这种模式表示在图1．6中，可知在平行于c轴的方向上，存在大的空间。这就是冰比水还轻的原因，这种异常性也见诸于结构极其相似的金钢石、硅和储中。

冰的多晶形结构

      如表1．8所示，冰至少有八个不同的结晶形。除冰－1以外，其它七个仅在高压下才是稳定的，其状态图如图1，8所所示。冰Ⅱ，III，Ⅵ与冰I类似，其水分子最近旁有四个分子，但它们构成的四面体是不规则的。此外，构成氢键的氧原子间的距离比冰I的稍短，为2．8土0．1A，在3．2－3．5A处还存在着不参与氢键的氧原子。冰VI，Ⅶ，Ⅶ是密度更高的冰。这些冰由于插入了由氢键构成的格子结构而填补了其格子结构的空间。