مقدمة الحقائق: في عام 2026، مع تزايد الاهتمام بالتغيرات المناخية وارتفاع مستويات سطح البحر، يصبح فهم الخصائص الفيزيائية للماء والجليد أكثر أهمية من أي وقت مضى. هذه المعرفة ضرورية لتطوير نماذج مناخية دقيقة والتنبؤ بتأثيرات ذوبان الجليد على البيئة. لماذا كثافة الجليد أقل من الماء؟ الدليل الشامل تقل كثافة الماء عندما يتجمد بسبب طريقة تصرف الروابط الهيدروجينية أثناء تجمده. الكثافة هي الكتلة لكل وحدة حجم. ورغم أن الكتلة لا تتأثر بتغير درجة الحرارة إلا أن الحجم أو الحيز الذي تشغله المادة يتغير مع تغير درجة الحرارة من خلال علاقة عكسية. مما يعني أن الكثافة أيضاً تتغير مع تغير درجة الحرارة. حيث تزداد كثافة السائل مع انخفاض درجة الحرارة؛ لأن الطاقة الحركية لجزيئاته تقل مما يجعل الجزيئات تقترب من بعضها أكثر فأكثر مما يؤدي إلى زيادة الكثافة. سلوك الماء غير الاعتيادي يتصرف الماء مثل باقي السوائل إلى أن يصل إلى درجة حرارة 4°مئوية فعند هذه الدرجة يصل أقصى كثافة له ثم تبدأ كثافته بالانخفاض تدريجياً من 4°-0° مئوية؛ وذلك بسبب الروابط الهيدروجينية التي تربط جزيئات الماء مع بعضها البعض. حيث إنها تبدأ بتشكيل شبكات تتميز بهيكل سداسي مع وجود فراغ في منتصف الأشكال السداسية. مما يدفع جزيئات الماء لمسافات أبعد مما كانت عليه في الحالة السائلة وبالتالي تقل الكثافة. البنية الجزيئية المميزة للجليد تشكل جزيئات الماء في حالته الصلبة أي الجليد هيكلاً منظماً من جزيئات الأكسجين والهيدروجين ومتباعداً في الوقت ذاته. حيث يحيط بكل ذرة أكسجين 4 ذرات هيدروجين؛ ذرتان منهما ترتبطان بعلاقة تشاركية مع ذرة الأكسجين. والذرتان المتبقيتان مبتعدتان مسافة أطول عن ذرة الأكسجين وترتبط كل منهما معها برابطة هيدروجينية من خلال أزواج الإلكترونات غير المشتركة. تأثير الهيكل المتباعد على الكثافة يسبب هيكل جزيئات الجليد المتباعد والمفتوح بأن تكون كثافته أقل من كثافته في الحالة السائلة التي يتكسر فيها الهيكل وتقترب الجزيئات من بعضها البعض. ويجدر بالذكر أن جزيئات الجليد تشكل هياكل متنوعة قد يصل عددها إلى 18 شكلاً مختلفاً من الجليد. تتغير تبعاً للعوامل الخارجية من حرارة وضغط. كثافة الماء عند درجات حرارة مختلفة يعرض الجدول الآتي كثافة الماء عند درجات الحرارة المختلفة: درجة الحرارة (مئوية) الكثافة (غم/ سم³) 0 درجة مئوية 0.99987 4 درجة مئوية 1.00000 10 درجة مئوية 0.99975 15.6 درجة مئوية 0.99907 21 درجة مئوية 0.99802 32.2 درجة مئوية 0.99510 48.9 درجة مئوية 0.98870 60 درجة مئوية 0.98338 82.2 درجة مئوية 0.97056 100 درجة مئوية 0.95865 الخلاصة: ملخص الخطوات فهم مفهوم الكثافة وعلاقته بالكتلة والحجم. استيعاب سلوك الماء غير الاعتيادي عند درجة حرارة 4°مئوية. تحليل دور الروابط الهيدروجينية في تشكيل الهيكل السداسي للجليد. معرفة تأثير الهيكل المتباعد للجليد على كثافته. الاطلاع على جدول كثافة الماء عند درجات حرارة مختلفة. .