น้ำเป็นของเหลวลึกลับ เนื่องจากคุณสมบัติส่วนใหญ่มีลักษณะผิดปกติ กล่าวคือ แตกต่างจากของเหลวอื่นๆ เหตุผลอยู่ในโครงสร้างพิเศษซึ่งเกิดจากพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลที่เปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิและความดัน น้ำแข็งยังมีคุณสมบัติพิเศษเหล่านี้อีกด้วย เป็นมูลค่าที่กล่าวว่าความหนาแน่นสามารถกำหนดได้โดยใช้สูตร ρ=m/V ดังนั้น เกณฑ์นี้สามารถกำหนดได้โดยการศึกษามวลของสารของตัวกลางต่อปริมาตรหน่วย
มาดูคุณสมบัติของน้ำแข็งและน้ำกัน ตัวอย่างเช่น ความผิดปกติของความหนาแน่น หลังจากการละลาย ความหนาแน่นของน้ำแข็งจะเพิ่มขึ้น ผ่านจุดวิกฤตที่ 4 องศา และหลังจากนั้นก็เริ่มลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ในของเหลวทั่วไป กระบวนการทำความเย็นจะลดลงเสมอ ข้อเท็จจริงนี้พบคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์อย่างสมบูรณ์ อุณหภูมิยิ่งสูง โมเลกุลก็จะยิ่งเร็วขึ้น สิ่งนี้นำไปสู่การผลักพวกมันออกจากกันและด้วยเหตุนี้สารจึงคลายตัว ปริศนาของน้ำยังอยู่ที่ความจริงที่ว่าแม้จะเพิ่มขึ้นความเร็วของโมเลกุลที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น
ความหนาแน่นจะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงเท่านั้น
ปริศนาข้อที่สองอยู่ในคำถาม: "ทำไมน้ำแข็งถึงลอยอยู่บนผิวน้ำได้", "ทำไมน้ำแข็งถึงไม่แข็งตัวถึงก้นแม่น้ำ" ความจริงก็คือความหนาแน่นของน้ำแข็งต่ำกว่าความหนาแน่นของน้ำ และในกระบวนการหลอมของเหลวอื่น ๆ ความหนาแน่นของมันจะน้อยกว่าคริสตัล นี่เป็นเพราะว่าในช่วงหลังโมเลกุลมีช่วงเวลาหนึ่งและมีการจัดเรียงอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับผลึกของสารใดๆ อย่างไรก็ตาม นอกจากนี้ โมเลกุลของมันยัง "อัดแน่น" ค่อนข้างแน่น ในกระบวนการหลอมเหลวของผลึก ความสม่ำเสมอจะหายไป ซึ่งเป็นไปได้เฉพาะเมื่อมีพันธะโมเลกุลที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าเท่านั้น ดังนั้นความหนาแน่นของสารจะลดลงในกระบวนการหลอมเหลว แต่เกณฑ์นี้เปลี่ยนแปลงไปบ้าง เช่น เวลาหลอมโลหะจะลดลงเฉลี่ยเพียง 3 เปอร์เซ็นต์
อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นของน้ำแข็งน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำสิบเปอร์เซ็นต์ ดังนั้น เราสามารถพูดได้ว่าการกระโดดครั้งนี้มีความผิดปกติ ไม่เพียงแต่ในสัญญาณเท่านั้น แต่ยังรวมถึงขนาดของมันด้วย
ปริศนาเหล่านี้อธิบายโดยลักษณะเฉพาะของโครงสร้างน้ำแข็ง เป็นตารางของพันธะไฮโดรเจน โดยที่แต่ละโหนดจะมี 4 พันธะ ดังนั้นกริดจึงเรียกว่าสี่เท่า มุมทั้งหมดในนั้นมีค่าเท่ากับ qT จึงเรียกว่าจัตุรมุข นอกจากนี้ยังประกอบด้วยวงแหวนหกส่วนที่มีรูปร่างโค้ง
ลักษณะโครงสร้างของน้ำที่เป็นของแข็งคือบรรจุโมเลกุลอย่างหลวม ๆ ในนั้น หากพวกมันมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกัน ความหนาแน่นของน้ำแข็งจะเท่ากับ 2.0 g/cm3 ในขณะที่ในความเป็นจริงคือ 0.92 g/cm3 จากนี้ไป ข้อสรุปควรจะตามมาว่าการมีปริมาตรเชิงพื้นที่ขนาดใหญ่จะนำไปสู่การปรากฏตัวของความไม่แน่นอน อันที่จริง กริดไม่ได้แข็งแกร่งน้อยลง แต่สามารถสร้างใหม่ได้ น้ำแข็งเป็นวัสดุที่แข็งแรงมากจนแม้แต่บรรพบุรุษของชาวเอสกิโมสมัยใหม่ก็เรียนรู้ที่จะสร้างกระท่อมจากมัน จนถึงทุกวันนี้ ชาวอาร์กติกใช้คอนกรีตน้ำแข็งเป็นวัสดุก่อสร้าง ดังนั้นด้วยแรงกดดันที่เพิ่มขึ้น โครงสร้างของน้ำแข็งจึงเปลี่ยนไป ความเสถียรนี้เป็นคุณสมบัติหลักของพันธะไฮโดรเจนของเครือข่ายระหว่างโมเลกุล H2O ดังนั้นโมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลจะมีพันธะไฮโดรเจนสี่พันธะในสถานะของเหลว แต่ในขณะเดียวกัน มุมก็จะแตกต่างจาก qT ซึ่งนำไปสู่ความจริงที่ว่าความหนาแน่นของน้ำแข็งน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำ