Что именно делает лёд минералом
В минералогии важно не только, из чего состоит вещество. Минерал — это природное твёрдое тело с определённым химическим составом и упорядоченным кристаллическим строением. Природный лёд отвечает этим условиям: его состав — H₂O, а молекулы расположены в повторяющемся порядке. Лёд, намеренно полученный в морозильнике, имеет ту же кристаллическую структуру, но по строгому определению не считается минералом, поскольку создан человеком.
Как молекулы образуют каркас
Молекулы воды притягиваются друг к другу посредством водородных связей. В жидкости эти связи постоянно возникают и разрушаются: молекулы перемещаются, а их взаимное расположение не сохраняет дальнего порядка. При замерзании движение замедляется, и связи удерживают молекулы в регулярной решётке — повторяющейся пространственной структуре.
В обычном льду эта решётка устроена довольно рыхло. Поэтому при замерзании вода расширяется, а лёд оказывается менее плотным, чем жидкая вода, и плавает на поверхности. Это не случайное исключение, а следствие того, как водородные связи задают расстояния и углы между молекулами в кристалле.
Один состав — разные свойства
Вода и лёд не различаются химической формулой: меняется организация тех же молекул. Именно кристаллический порядок позволяет описывать лёд как минерал, тогда как жидкая вода не подходит под это определение — она не твёрдая и не сохраняет постоянную решётку.
Это различие заметно не только под микроскопом: устойчивый каркас льда удерживает форму снежинки или ледника, а в водоёме плавающий лёд образует сверху слой, под которым жидкая вода может оставаться незамёрзшей.
