Megszólal a jégvilág

Bár reményeink szerint vége a télnek, legalább egy cikk erejéig érdemes elidőznünk a hidegnél, hogy szemügyre vegyük az egyik legkülönfélébb formában létező anyagot, a jeget.

Tíz éve egy szakkönyv a jég kilenc módosulatát tartotta számon, ma már tizenkettőt ismerünk. A jég módosulatait római számokkal jelölik, ismerkedjünk hát meg sorra a Jég-I, Jég-II és társai tulajdonságaival.  Az egymást követő sorszámokban ne keressenek logikát, egyszerűen a felfedezések időrendjét követik.
A hétköznapjainkból ismert jégkristályban minden molekula négy szomszédos molekulával létesít kötést egy tetraéder sarkainál. A tetraéderes elrendezés miatt alakulnak ki a hexagonális molekulagyűrűk. A vízmolekulákat hidrogénkötések kapcsolják össze, minden kötésben 1 proton található. A Földön  valamennyi természetes jég hexagonális,  ezért Jég-Ih a jele, ahol I a sorszámra, a h pedig a hexagonálisra utal. Alacsony hőmérsékleten és 2 megapascalnál nagyobb nyomáson (kb. kétezer atmoszféránál) újabb és újabb változatos felépítésű jégformák jönnek létre. A szokásos hexagonális struktúra felbomlik, a kötések átrendeződnek, más szerkezetek jönnek létre.  A különböző kristályos változatok mellett amorf jegeket is felfedeztek, ezekben a vízmolekulák véletlenszerűen rendeződnek el, a rendetlenség az üveg szerkezetéhez hasonló. A Jég-X-t kivéve, valamennyi jégnek a változatlan vízmolekula az alapegysége. Nagy nyomáson a tetraéderes elrendezés torzul, az atomok közti szög megváltozik, a hidrogénkötések megnyúlnak. Minél nagyobb a nyomás, annál kisebb lesz a távolság a nem kötött közeli szomszédtól. Valamennyi jégváltozat hidrogénkötésű gyűrűkből áll, a Jég-I-ben és a Jég-II-ben a legkisebb gyűrű 6 molekulából áll, a nagyobb nyomáson előállított változatokban 4–8 molekulás gyűrűk is előfordulnak. 
A Jég-I-nek a hexagonális mellett van egy köbös változata is, ez az Ic. Akkor jön létre, ha –80 és –130 oC közé eső hőmérsékleten a vízpára hideg felületen csapódik le. –130 oC alatt nem kristályos, amorf változat alakul ki (aI), ennek kicsi a sűrűsége. Van egy nagy sűrűségű amorf változat is (Jég-aII), akkor jön létre, ha Jég-Ih-t –196 oC-on 10 gigapascallal (kb. tízezer atmoszférával) összenyomnak. Jég-II létrehozásához is igen nagy nyomás szükségeltetik, ezért a Jég-II nem fordul elő a természetben a Földön. Remények szerint azonban a Naprendszer külső tartományainak nagyrészt jégből álló testjeiben, pl. a Jupiter 40 százalékban jégből álló Ganymede és Callisto holdjában előfordulhat a Jég-II és a Jég-VI.