מים הם נוזל מסתורי. זאת בשל העובדה שרוב תכונותיו חריגות, כלומר. שונה מנוזלים אחרים. הסיבה נעוצה במבנה המיוחד שלו, הנובע מקשרי מימן בין מולקולות המשתנות עם הטמפרטורה והלחץ. לקרח יש גם את התכונות הייחודיות הללו. ראוי לומר שניתן לקבוע את הצפיפות באמצעות הנוסחה ρ=m/V. בהתאם, ניתן לקבוע קריטריון זה באמצעות חקר מסת החומר של התווך ליחידת נפח.
בוא נסתכל על כמה תכונות של קרח ומים. לדוגמה, אנומליה בצפיפות. לאחר ההמסה, צפיפות הקרח עולה, עוברת דרך סימן קריטי של 4 מעלות, ורק לאחר מכן היא מתחילה לרדת עם עליית הטמפרטורה. עם זאת, בנוזלים רגילים הוא תמיד יורד בתהליך הקירור. עובדה זו מוצאת הסבר מדעי לחלוטין. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך המולקולות מהירות יותר. זה מוביל לדחיפתם, ובהתאם, החומר הופך רופף יותר. חידת המים טמונה גם בכך שלמרות הגידולמהירות של מולקולות עם טמפרטורה עולה,
צפיפותו יורדת רק בטמפרטורות גבוהות.
החידה השנייה טמונה בשאלות: "מדוע קרח יכול לצוף על פני המים?", "מדוע הוא לא קופא לקרקעית בנהרות?" העובדה היא שצפיפות הקרח נמוכה מזו של מים. ובתהליך המסת כל נוזל אחר, מתברר שהצפיפות שלו קטנה מזו של גביש. זאת בשל העובדה שבאחרון למולקולות יש מחזוריות מסוימת והן מסודרות באופן קבוע. זה אופייני לגבישים של כל חומר. עם זאת, מלבד זאת, המולקולות שלהם "ארוזות" בצפיפות למדי. בתהליך המסת הגבישים נעלמת הסדירות, מה שמתאפשר רק עם קשר פחות צפוף של מולקולות. בהתאם לכך, צפיפות החומר יורדת בתהליך ההיתוך. אבל הקריטריון הזה משתנה לא מעט, למשל, בעת המסת מתכות, הוא יורד בממוצע של 3 אחוזים בלבד.
עם זאת, צפיפות הקרח קטנה בעשרה אחוזים מצפיפות המים. לכן, אנו יכולים לומר שהקפיצה הזו היא חריגה לא רק בסימן שלה, אלא גם בגודל שלה.
פאזלים אלה מוסברים על ידי המוזרויות של מבנה הקרח. זוהי רשת של קשרי מימן, כאשר יש ארבעה מהם בכל צומת. לכן, הרשת נקראת מרובעת. כל הזוויות בו שוות ל-qT, ולכן היא נקראת טטרהדרלית. יתר על כן, הוא מורכב מטבעות בנות שישה איברים בצורת עקומה.
תכונה של המבנה של מים מוצקים היא זהארוז בתוכו מולקולות בצורה רופפת. אם הם היו בקשר קרוב, אז צפיפות הקרח הייתה 2.0 גרם/סמ"ק, בעוד שבמציאות היא 0.92 גרם/סמ"ק. מכאן אמורה הייתה להגיע המסקנה שנוכחותם של נפחים מרחביים גדולים צריכה להוביל להופעת חוסר יציבות. למעשה, הרשת לא הופכת פחות חזקה, אבל אפשר לבנות אותה מחדש. קרח הוא חומר כה חזק שאפילו אבותיהם של האסקימוסים המודרניים למדו לבנות ממנו את הצריפים שלהם. עד היום משתמשים תושבי האזור הארקטי בבטון קרח כחומר בנייה. בהתאם, עם הגדלת הלחץ, מבנה הקרח משתנה. יציבות זו היא שמהווה את התכונה העיקרית של קשרי המימן של רשתות בין מולקולות H2O. בהתאם לכך, כל מולקולת מים שומרת על ארבעה קשרי מימן במצב נוזלי, אך במקביל הזוויות הופכות שונות מ-qT, מה שמוביל לכך שצפיפות הקרח קטנה מזו של המים.
