Structure de la glace.

L'eau possède plusieurs formes cristallines (au moins neuf bien caractérisées). La glace ordinaire (variété Ih) posséde une structure hexagonale de paramètres a = 452 pm et c = 739 pm. Il est possible d'obtenir une variété de structure voisine, mais avec une maille cubique en condensant la vapeur d'eau à pression ambiante à basse température (en dessous de -80°C). Cette deuxième variété est appelée Ic et sa maille est représentée ci-dessous. Les liaisons hydrogène sont représentées par des cylindres blancs. Le paramètre de maille vaut a = 635,8 pm

Représentation d'une maille d'un cristal de glace Ic.

Les atomes d'oxygène occupent pour moitié les nœuds d'un réseau cubique à faces centrées et pour moitié un site tétraédrique sur deux du réseau. Les molécules ont été représentées avec des orientations parfaitement régulières. En fait, ce n'est pas le cas dans la réalité. Si on fixe la position des atomes d'hydrogène d'une molécule d'eau (six possibilités), il ne reste que trois possibilités pour les voisines et ainsi de suite. Le calcul statistique complet indique qu'en moyenne, on dispose de 3/2 possibilités pour chaque molécule dans un réseau infini. Ceci est aussi valable pour la variété hexagonale. Le désordre persistant jusqu'à une température nulle, la glace possède une entropie résiduelle à 0 K égale à R ln(1,5)  ≃ 3,37 J.K−1.mol−1. La mesure de cette grandeur donne 3,4 J.K−1.mol−1 en parfait accord avec la théorie.

La molécule d'eau dans le cristal a une géométrie voisine de celle de la molécule en phase gazeuse. Dans le cas de la variété hexagonale, les mesures de diffraction de neutrons indiquent un angle voisin de 105°. Les atomes d'hydrogène sont donc légérement en dehors du segment liant les atomes d'oxygène. La longueur de la liaison covalente est de 101 pm et celle de la liaison hydrogène de 175 pm environ.

Du fait de la nécessité pour la liaison hydrogène d'être pratiquement linéaire, la glace possède des sites vides de rayon important dans son réseau. Lors de la fusion, une partie des liaisons hydrogènes est rompue et l'eau peut adopter une structure un peu plus compacte d'où la diminution de densité de l'eau par rapport à la glace.