สถานะน้ำของเหลวสามมิตินั้นยากต่อการศึกษา แต่มีการเรียนรู้มากมายจากการวิเคราะห์โครงสร้างของผลึกน้ำแข็ง อะตอมออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนใกล้เคียงกันสี่อะตอมครอบครองจุดยอดของจัตุรมุข (เตตร้า=สี่, เฮดรอน=ระนาบ) พลังงานเฉลี่ยที่จำเป็นในการทำลายพันธะดังกล่าวในน้ำแข็งคือประมาณ 23 kJ/mol-1.
ความสามารถของโมเลกุลของน้ำในการสร้างสายโซ่ไฮโดรเจนตามจำนวนที่กำหนด เช่นเดียวกับความแรงที่กำหนด ทำให้เกิดจุดหลอมเหลวสูงผิดปกติ เมื่อละลายน้ำจะจับตัวเป็นของเหลวซึ่งมีโครงสร้างไม่ปกติ พันธะไฮโดรเจนส่วนใหญ่บิดเบี้ยว ต้องใช้พลังงานจำนวนมากในรูปของความร้อนเพื่อทำลายตาข่ายผลึกของน้ำแข็งพันธะไฮโดรเจน
ลักษณะที่ปรากฏของน้ำแข็ง (Ih)
ชาวเมืองหลายคนสงสัยว่าน้ำแข็งใสมีตะแกรงแบบใด จำเป็นควรสังเกตว่าความหนาแน่นของสารส่วนใหญ่เพิ่มขึ้นในระหว่างการแช่แข็ง เมื่อการเคลื่อนที่ของโมเลกุลช้าลงและเกิดผลึกที่อัดแน่นขึ้น ความหนาแน่นของน้ำยังเพิ่มขึ้นเมื่อเย็นลงจนถึงสูงสุดที่ 4°C (277K) จากนั้นเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าค่านี้จะขยายตัว
การเพิ่มขึ้นนี้เกิดจากการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งเปิดพันธะไฮโดรเจนที่มีโครงตาข่ายและความหนาแน่นต่ำกว่า ซึ่งโมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลจะถูกจับอย่างแน่นหนาโดยองค์ประกอบด้านบนและค่าอื่นๆ อีกสี่ค่า ขณะที่เคลื่อนที่เร็วพอที่จะ มีมวลมากขึ้น เนื่องจากการกระทำนี้เกิดขึ้น ของเหลวจะหยุดจากบนลงล่าง สิ่งนี้มีผลทางชีวภาพที่สำคัญ อันเป็นผลมาจากชั้นของน้ำแข็งบนสระน้ำเป็นฉนวนป้องกันสิ่งมีชีวิตจากความหนาวเย็นสุดขั้ว นอกจากนี้ คุณสมบัติเพิ่มเติมอีก 2 ประการของน้ำที่เกี่ยวข้องกับคุณลักษณะของไฮโดรเจน ได้แก่ ความร้อนจำเพาะและการระเหย
คำอธิบายโดยละเอียดของโครงสร้าง
เกณฑ์แรกคือปริมาณที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของสาร 1 กรัมขึ้น 1°C การเพิ่มระดับน้ำต้องใช้ความร้อนค่อนข้างมาก เนื่องจากแต่ละโมเลกุลเกี่ยวข้องกับพันธะไฮโดรเจนจำนวนมากที่ต้องแตกออกเพื่อให้พลังงานจลน์เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ความอุดมสมบูรณ์ของ H2O ในเซลล์และเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ขนาดใหญ่ทั้งหมดหมายความว่าความผันผวนของอุณหภูมิภายในเซลล์จะลดลง คุณลักษณะนี้มีความสำคัญเนื่องจากอัตราการเกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมีส่วนใหญ่อ่อนไหว
ความร้อนของการระเหยของน้ำนั้นสูงกว่าความร้อนของของเหลวอื่นๆ อย่างมากเช่นกัน ต้องใช้ความร้อนจำนวนมากในการแปลงร่างนี้เป็นก๊าซ เพราะจะต้องทำลายพันธะไฮโดรเจนเพื่อให้โมเลกุลของน้ำเคลื่อนออกจากกันและเข้าสู่เฟสดังกล่าว วัตถุที่เปลี่ยนแปลงได้นั้นเป็นไดโพลถาวรและสามารถโต้ตอบกับสารประกอบอื่นที่คล้ายคลึงกันและสารประกอบที่ทำให้แตกตัวเป็นไอออนและละลายได้
สารอื่นๆ ที่กล่าวถึงข้างต้นสามารถสัมผัสได้เมื่อมีขั้วเท่านั้น เป็นสารประกอบนี้ที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างขององค์ประกอบเหล่านี้ นอกจากนี้ มันสามารถจัดตำแหน่งรอบ ๆ อนุภาคเหล่านี้ที่เกิดจากอิเล็กโทรไลต์ เพื่อให้อะตอมออกซิเจนเชิงลบของโมเลกุลน้ำมุ่งเน้นไปที่ไพเพอร์ และไอออนบวกและอะตอมไฮโดรเจนจะมุ่งไปที่แอนไอออน
ในของแข็ง ตามกฎแล้ว จะเกิดโครงผลึกโมเลกุลและตัวอะตอม นั่นคือ ถ้าไอโอดีนถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่มี I2, จากนั้นในคาร์บอนไดออกไซด์ที่เป็นของแข็ง นั่นคือ ในน้ำแข็งแห้ง CO2 โมเลกุลคือ ตั้งอยู่ที่โหนดคริสตัลขัดแตะ เมื่อทำปฏิกิริยากับสารที่คล้ายกัน น้ำแข็งจะมีโครงผลึกไอออนิก ตัวอย่างเช่น กราไฟต์ซึ่งมีโครงสร้างอะตอมเป็นคาร์บอน จะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ เช่นเดียวกับเพชร
จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อผลึกเกลือแกงละลายในน้ำ: โมเลกุลของขั้วจะถูกดึงดูดไปยังองค์ประกอบที่มีประจุในผลึก ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของอนุภาคที่คล้ายกันของโซเดียมและคลอไรด์บนพื้นผิวของมัน ส่งผลให้ร่างกายเหล่านี้จะเคลื่อนออกจากกันและเริ่มละลาย จากที่นี่จะสังเกตได้ว่าน้ำแข็งมีโครงผลึกที่มีพันธะไอออนิก Na + ที่ละลายน้ำแต่ละตัวจะดึงดูดปลายด้านลบของโมเลกุลของน้ำหลายตัว ในขณะที่ Cl ที่ละลายน้ำแต่ละตัว - ดึงดูดปลายด้านบวก เปลือกที่ล้อมรอบแต่ละอิออนเรียกว่า Escape Sphere และมักจะมีอนุภาคตัวทำละลายหลายชั้น
ตะแกรงผลึกน้ำแข็งแห้ง
ตัวแปรหรือไอออนที่ล้อมรอบด้วยธาตุเรียกว่าซัลเฟต เมื่อตัวทำละลายเป็นน้ำ อนุภาคดังกล่าวจะถูกไฮเดรท ดังนั้น โมเลกุลของขั้วใด ๆ มีแนวโน้มที่จะถูกแก้ไขโดยองค์ประกอบของตัวของเหลว ในน้ำแข็งแห้ง ผลึกคริสตัลแลตทิซจะก่อตัวเป็นพันธะอะตอมในสถานะของการรวมกลุ่มซึ่งไม่เปลี่ยนแปลง อีกอย่างคือน้ำแข็งใส (น้ำแช่แข็ง) สารประกอบอินทรีย์ไอออนิก เช่น คาร์บอกซิเลสและเอมีนที่มีโปรตอนต้องละลายได้ในกลุ่มไฮดรอกซิลและคาร์บอนิล อนุภาคที่อยู่ในโครงสร้างดังกล่าวจะเคลื่อนที่ไปมาระหว่างโมเลกุล และระบบขั้วของพวกมันจะสร้างพันธะไฮโดรเจนกับร่างกายนี้
แน่นอนว่าจำนวนกลุ่มสุดท้ายที่ระบุในโมเลกุลส่งผลต่อความสามารถในการละลายของมัน ซึ่งก็ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาของโครงสร้างต่างๆ ในองค์ประกอบด้วย เช่น แอลกอฮอล์คาร์บอน 1, 2 และ 3 ผสมกันได้ ด้วยน้ำ แต่ไฮโดรคาร์บอนขนาดใหญ่ที่มีสารประกอบไฮดรอกซิลเดี่ยวจะเจือจางในของเหลวได้น้อยกว่ามาก
รูปหกเหลี่ยมมีรูปร่างคล้ายตาข่ายคริสตัลอะตอม สำหรับน้ำแข็งและหิมะตามธรรมชาติทั้งหมดบนโลก หน้าตาจะประมาณนี้ นี่คือหลักฐานจากความสมมาตรของผลึกน้ำแข็งที่ก่อตัวขึ้นจากไอน้ำ (นั่นคือ เกล็ดหิมะ) อยู่ในกลุ่มอวกาศ P 63/mm จาก 194; D 6h, ลอว์คลาส 6/มม.; คล้ายกับ β- ซึ่งมีแกนเกลียวหลายแกน 6 แกน (หมุนไปรอบๆ นอกเหนือไปจากการเลื่อนไปตามแกน) มีโครงสร้างความหนาแน่นต่ำแบบเปิดที่ค่อนข้างเปิดซึ่งมีประสิทธิภาพต่ำ (~1/3) เมื่อเทียบกับโครงสร้างลูกบาศก์ธรรมดา (~1/2) หรือโครงสร้างลูกบาศก์ที่มีผิวหน้าอยู่ตรงกลาง (~3/4)
เมื่อเทียบกับน้ำแข็งธรรมดา ผลึกน้ำแข็งแห้งที่ถูกผูกไว้โดย CO2 โมเลกุล คงที่และเปลี่ยนแปลงก็ต่อเมื่ออะตอมสลายตัวเท่านั้น
คำอธิบายของตะแกรงและองค์ประกอบ
คริสตัลสามารถมองเป็นโมเดลผลึกได้ ซึ่งประกอบด้วยแผ่นที่วางไว้เหนืออีกแผ่นหนึ่ง พันธะไฮโดรเจนได้รับคำสั่ง ในขณะที่ในความเป็นจริง เป็นแบบสุ่ม เนื่องจากโปรตอนสามารถเคลื่อนที่ไปมาระหว่างโมเลกุลของน้ำ (น้ำแข็ง) ที่อุณหภูมิสูงกว่าประมาณ 5 เค อันที่จริง มีแนวโน้มว่าโปรตอนจะมีพฤติกรรมเหมือนของเหลวควอนตัมในกระแสอุโมงค์คงที่ สิ่งนี้ได้รับการปรับปรุงโดยการกระเจิงของนิวตรอน ซึ่งแสดงความหนาแน่นของการกระเจิงของพวกมันครึ่งทางระหว่างอะตอมของออกซิเจน ซึ่งบ่งชี้ถึงการโลคัลไลเซชันและการเคลื่อนไหวร่วมกัน ที่นี่มีความคล้ายคลึงกันของน้ำแข็งกับตาข่ายผลึกโมเลกุลของอะตอม
โมเลกุลมีการจัดเรียงตัวของสายโซ่ไฮโดรเจนเกี่ยวกับเพื่อนบ้านสามคนในเครื่องบิน องค์ประกอบที่สี่มีการจัดเรียงพันธะไฮโดรเจนที่ถูกบดบัง มีความเบี่ยงเบนเล็กน้อยจากสมมาตรหกเหลี่ยมที่สมบูรณ์แบบ เนื่องจากเซลล์ยูนิตสั้นลง 0.3% ในทิศทางของห่วงโซ่นี้ โมเลกุลทั้งหมดสัมผัสกับสภาพแวดล้อมระดับโมเลกุลเดียวกัน ในแต่ละ "กล่อง" มีพื้นที่เพียงพอสำหรับเก็บอนุภาคของน้ำคั่นระหว่างหน้า แม้ว่าจะไม่ได้พิจารณาโดยทั่วไป แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้ตรวจพบได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการเลี้ยวเบนของนิวตรอนของผลึกผลึกที่เป็นผงของน้ำแข็ง
เปลี่ยนสาร
ตัวหกเหลี่ยมมีสามจุดด้วยน้ำของเหลวและก๊าซ 0.01 ° C, 612 Pa, องค์ประกอบที่เป็นของแข็ง - สาม -21.985 ° C, 209.9 MPa, สิบเอ็ดและสอง -199.8 ° C, 70 MPa เช่นเดียวกับ - 34.7 ° C, 212.9 MPa ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของน้ำแข็งหกเหลี่ยมคือ 97.5
เส้นโค้งการละลายขององค์ประกอบนี้กำหนดโดย MPa สมการสถานะยังมีอยู่ นอกจากนี้ ยังมีความไม่เท่าเทียมกันง่ายๆ บางอย่างที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพต่ออุณหภูมิของน้ำแข็งหกเหลี่ยมและสารแขวนลอยในน้ำ ความแข็งผันผวนตามองศาที่เพิ่มขึ้นจากหรือต่ำกว่ายิปซั่ม (≦2) ที่ 0°C เป็นเฟลด์สปาร์ (6 Mohs) ที่ -80°C การเปลี่ยนแปลงความแข็งสัมบูรณ์ครั้งใหญ่อย่างผิดปกติ (> 24 ครั้ง)
น้ำแข็งใสเป็นรูปแผ่นและเสาหกเหลี่ยม โดยที่ด้านบนและด้านล่างเป็นระนาบฐาน {0 0 0 1} มีค่าเอนทาลปี 5.57 μJ cm -2และส่วนอื่นๆ ที่เทียบเท่ากัน เรียกว่า ส่วนของปริซึม {1 0 -1 0} กับ 5, 94µJ cm -2. พื้นผิวรอง {1 1 -2 0} กับ 6.90 ΜJ ˣ cm -2 สามารถก่อตัวขึ้นตามระนาบที่เกิดจากด้านข้างของโครงสร้าง
โครงสร้างดังกล่าวแสดงการนำความร้อนลดลงอย่างผิดปกติด้วยแรงดันที่เพิ่มขึ้น (รวมถึงน้ำแข็งลูกบาศก์และอสัณฐานที่มีความหนาแน่นต่ำ) แต่แตกต่างจากคริสตัลส่วนใหญ่ นี่เป็นเพราะการเปลี่ยนแปลงพันธะไฮโดรเจน ซึ่งลดความเร็วตามขวางของเสียงในตาข่ายผลึกน้ำแข็งและน้ำ
มีวิธีการที่อธิบายวิธีการเตรียมตัวอย่างคริสตัลขนาดใหญ่และพื้นผิวน้ำแข็งที่ต้องการ สันนิษฐานว่าพันธะไฮโดรเจนบนพื้นผิวของตัวหกเหลี่ยมภายใต้การศึกษาจะได้รับการจัดลำดับมากกว่าภายในระบบเทกอง สเปกโตรสโกปีแปรผันที่มีการสร้างความถี่เฟสแลตทิซได้แสดงให้เห็นว่ามีความไม่สมมาตรของโครงสร้างระหว่างชั้นบนสองชั้น (L1 และ L2) ในสายโซ่ HO ใต้ผิวดินของพื้นผิวฐานของน้ำแข็งหกเหลี่ยม พันธะไฮโดรเจนที่นำมาใช้ในชั้นบนของรูปหกเหลี่ยม (L1 O ··· HO L2) นั้นแข็งแกร่งกว่าพันธะที่ยอมรับในชั้นที่สองจนถึงการสะสมบน (L1 OH ··· O L2) มีโครงสร้างน้ำแข็งหกเหลี่ยมแบบโต้ตอบได้
คุณสมบัติการพัฒนา
จำนวนโมเลกุลของน้ำขั้นต่ำที่จำเป็นในการสร้างน้ำแข็งคือประมาณ 275 ± 25 สำหรับคลัสเตอร์ icosahedral ที่สมบูรณ์ 280 การก่อตัวเกิดขึ้นในอัตรา 10 10 ที่ ส่วนต่อประสานระหว่างอากาศกับน้ำและไม่ใช่น้ำเทกอง การเติบโตของผลึกน้ำแข็งขึ้นอยู่กับอัตราการเติบโตที่แตกต่างกันออกไปพลังงาน น้ำจะต้องได้รับการปกป้องจากการแช่แข็งเมื่อเก็บรักษาตัวอย่างทางชีวภาพ อาหาร และอวัยวะ
สิ่งนี้ทำได้โดยอัตราการเย็นตัวอย่างรวดเร็ว โดยใช้ตัวอย่างขนาดเล็กและตัวเก็บกักความเย็น และเพิ่มแรงดันเพื่อสร้างนิวคลีตน้ำแข็งและป้องกันความเสียหายของเซลล์ พลังงานอิสระของน้ำแข็ง/ของเหลวเพิ่มขึ้นจาก ~30 mJ/m2 ที่ความดันบรรยากาศเป็น 40 mJ/m-2 ที่ 200 MPa แสดง สาเหตุที่เอฟเฟกต์นี้เกิดขึ้น
ผลึกแลตทิชชนิดใดที่เป็นลักษณะของน้ำแข็ง
อีกทางหนึ่ง พวกมันสามารถเติบโตเร็วขึ้นจากพื้นผิวปริซึม (S2) บนพื้นผิวที่ถูกรบกวนแบบสุ่มของทะเลสาบที่แช่แข็งอย่างรวดเร็วหรือถูกกวน การเติบโตจากหน้า {1 1 - 0} อย่างน้อยก็เท่าเดิม แต่เปลี่ยนให้เป็นฐานปริซึม ข้อมูลเกี่ยวกับการพัฒนาของผลึกน้ำแข็งได้รับการตรวจสอบอย่างเต็มที่แล้ว อัตราการเติบโตสัมพัทธ์ขององค์ประกอบต่างๆ ของใบหน้าที่แตกต่างกันนั้นขึ้นอยู่กับความสามารถในการสร้างระดับความชุ่มชื้นของข้อต่อในระดับสูง อุณหภูมิ (ต่ำ) ของน้ำที่อยู่รอบๆ จะเป็นตัวกำหนดระดับการแตกแขนงของผลึกน้ำแข็ง การเติบโตของอนุภาคถูกจำกัดด้วยอัตราการแพร่ที่ระดับ supercooling ต่ำ เช่น <2 ° C ส่งผลให้มีจำนวนมากขึ้น
แต่ถูกจำกัดโดยจลนพลศาสตร์ของการพัฒนาที่ระดับภาวะซึมเศร้าที่สูงขึ้นที่ >4°C ส่งผลให้เข็มเติบโต รูปร่างนี้คล้ายกับโครงสร้างของน้ำแข็งแห้ง (มีตะแกรงคริสตัลที่มีโครงสร้างเป็นหกเหลี่ยม) ต่างๆลักษณะของการพัฒนาพื้นผิวและอุณหภูมิของน้ำโดยรอบ (supercooled) ซึ่งอยู่เบื้องหลังรูปร่างแบนของเกล็ดหิมะ
การก่อตัวของน้ำแข็งในชั้นบรรยากาศส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการก่อตัวและคุณสมบัติของเมฆ เฟลด์สปาร์ซึ่งพบในฝุ่นทะเลทรายที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศเป็นล้านตันต่อปี เป็นสารก่อกำเนิดที่สำคัญ การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้เกิดจากนิวเคลียสของระนาบผลึกน้ำแข็งแท่งปริซึมบนระนาบพื้นผิวพลังงานสูง
องค์ประกอบและโครงตาข่ายอื่นๆ
สารที่ละลายน้ำ (ยกเว้นฮีเลียมและไฮโดรเจนที่มีขนาดเล็กมาก ซึ่งสามารถเข้าไปในช่องว่างได้) ไม่สามารถรวมไว้ในโครงสร้าง Ih ที่ความดันบรรยากาศได้ แต่ถูกผลักออกสู่พื้นผิวหรือชั้นอสัณฐานระหว่างอนุภาคของ ร่างกายไมโครคริสตัลไลน์ มีองค์ประกอบอื่นๆ บางส่วนในบริเวณตาข่ายน้ำแข็งแห้ง: ไอออนวุ่นวาย เช่น NH4 + และ Cl - ซึ่งรวมอยู่ในการแช่แข็งของเหลวที่เบากว่าวัตถุอวกาศอื่น ๆ เช่น Na + และ SO42- ดังนั้นจึงไม่สามารถถอดออกได้เนื่องจากทำให้เกิดฟิล์มบางๆ ของของเหลวที่เหลืออยู่ระหว่างผลึก สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การชาร์จไฟฟ้าของพื้นผิวเนื่องจากการแตกตัวของน้ำผิวดินที่สมดุลประจุที่เหลือ (ซึ่งอาจนำไปสู่การแผ่รังสีแม่เหล็ก) และการเปลี่ยนแปลงค่า pH ของฟิล์มของเหลวที่เหลือ เช่น NH 42SO4 มีความเป็นกรดมากขึ้นและ NaCl จะกลายเป็นพื้นฐานมากขึ้น
ตั้งฉากกับใบหน้าผลึกน้ำแข็งใสแสดงชั้นถัดไปที่เกาะติดกัน (มีอะตอม O เป็นสีดำ) มีลักษณะเฉพาะโดยพื้นผิวฐานที่เติบโตอย่างช้าๆ {0 0 0 1} โดยมีโมเลกุลของน้ำที่แยกออกมาเท่านั้นที่ติดอยู่ พื้นผิว {1 0 -1 0} ที่เติบโตอย่างรวดเร็วของปริซึม โดยที่อนุภาคที่เพิ่งติดใหม่คู่หนึ่งสามารถเกาะติดกันด้วยไฮโดรเจน (พันธะไฮโดรเจนหนึ่งตัว/สองโมเลกุลของธาตุ) ใบหน้าที่เติบโตเร็วที่สุดคือ {1 1 - 2 0} (ปริซึมทุติยภูมิ) ซึ่งกลุ่มของอนุภาคที่เพิ่งติดใหม่สามารถโต้ตอบกันโดยพันธะไฮโดรเจน หนึ่งในสายโซ่/โมเลกุลขององค์ประกอบคือรูปแบบที่สร้างสันที่แบ่งและกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงออกเป็นสองด้านของปริซึม
เอนโทรปีจุดศูนย์
สามารถกำหนดเป็น S 0=k B ˣ Ln (N E0), โดยที่ k B คือค่าคงที่ Boltzmann NE คือจำนวนการกำหนดค่าที่พลังงาน E และ E0 คือพลังงานต่ำสุด ค่าเอนโทรปีของน้ำแข็งหกเหลี่ยมที่ศูนย์เคลวินนี้ไม่ได้ละเมิดกฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์ "เอนโทรปีของผลึกในอุดมคติที่ศูนย์สัมบูรณ์เป็นศูนย์พอดี" เนื่องจากองค์ประกอบและอนุภาคเหล่านี้ไม่เหมาะ ทำให้เกิดพันธะไฮโดรเจน
ในร่างกายนี้ พันธะไฮโดรเจนจะสุ่มและเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว โครงสร้างเหล่านี้ไม่ได้มีพลังงานเท่ากันทุกประการ แต่ขยายไปสู่สถานะปิดอย่างมีพลังจำนวนมาก ปฏิบัติตาม "กฎของน้ำแข็ง" เอนโทรปีจุดศูนย์คือความผิดปกติที่ยังคงอยู่แม้ว่าวัสดุจะถูกทำให้เย็นลงจนสุดก็ตามศูนย์ (0 K=-273, 15 ° C) สร้างความสับสนในการทดลองสำหรับน้ำแข็งหกเหลี่ยม 3, 41 (± 0, 2) ˣ mol -1 ˣ K -1 ในทางทฤษฎี มันเป็นไปได้ที่จะคำนวณเอนโทรปีศูนย์ของผลึกน้ำแข็งที่รู้จักด้วยความแม่นยำที่มากกว่ามาก (โดยละเลยข้อบกพร่องและการแพร่กระจายของระดับพลังงาน) มากกว่าการพิจารณาในการทดลอง
นักวิทยาศาสตร์และงานของพวกเขาในพื้นที่นี้
สามารถกำหนดเป็น S 0=k B ˣ Ln (N E0), โดยที่ k B คือค่าคงที่ Boltzmann NE คือจำนวนการกำหนดค่าที่พลังงาน E และ E0 คือพลังงานต่ำสุด ค่าเอนโทรปีของน้ำแข็งหกเหลี่ยมที่ศูนย์เคลวินนี้ไม่ได้ละเมิดกฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์ "เอนโทรปีของผลึกในอุดมคติที่ศูนย์สัมบูรณ์เป็นศูนย์พอดี" เนื่องจากองค์ประกอบและอนุภาคเหล่านี้ไม่เหมาะ ทำให้เกิดพันธะไฮโดรเจน
ในร่างกายนี้ พันธะไฮโดรเจนจะสุ่มและเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว โครงสร้างเหล่านี้ไม่ได้มีพลังงานเท่ากันทุกประการ แต่ขยายไปสู่สถานะปิดอย่างมีพลังจำนวนมาก ปฏิบัติตาม "กฎของน้ำแข็ง" เอนโทรปีจุดศูนย์คือความผิดปกติที่ยังคงอยู่แม้ว่าวัสดุจะถูกทำให้เย็นลงจนเป็นศูนย์สัมบูรณ์ (0 K=-273.15°C) สร้างความสับสนในการทดลองสำหรับน้ำแข็งหกเหลี่ยม 3, 41 (± 0, 2) ˣ mol -1 ˣ K -1 ในทางทฤษฎี มันเป็นไปได้ที่จะคำนวณเอนโทรปีศูนย์ของผลึกน้ำแข็งที่รู้จักด้วยความแม่นยำที่มากกว่ามาก (โดยละเลยข้อบกพร่องและการแพร่กระจายของระดับพลังงาน) มากกว่าการพิจารณาในการทดลอง
แม้ว่าลำดับของโปรตอนในน้ำแข็งจำนวนมากจะไม่ได้รับคำสั่ง แต่พื้นผิวน่าจะชอบลำดับของอนุภาคเหล่านี้ในรูปแบบของแถบของอะตอม H ที่แขวนอยู่และคู่ O-single (เอนโทรปีศูนย์ที่มีพันธะไฮโดรเจนที่สั่งไว้) พบความผิดปกติจุดศูนย์ ZPE, J ˣ mol -1 ˣ K -1 และอื่นๆ จากทั้งหมดที่กล่าวมา จะชัดเจนและเข้าใจได้ว่าตะแกรงคริสตัลประเภทใดที่เป็นลักษณะของน้ำแข็ง