El hielo amorfo se opone al hielo cristalino que a menudo se encuentra en la naturaleza en una estructura hexagonal . Las moléculas de agua que lo componen no tienen una disposición precisa. Cuando el agua se congela, su volumen aumenta; El hielo amorfo tiene la particularidad de mantener el mismo volumen.
La mayor parte del hielo amorfo se crea bajo presión en el laboratorio. Las estructuras fundamentales suelen ser formas complicadas. Así, dependiendo de la presión y las bajas temperaturas utilizadas, varias redes de moléculas de agua pueden encajar entre sí y formar estructuras particulares.
A una presión relativamente baja, los investigadores pueden formar hielo amorfo de baja densidad que, como el hielo habitual, tiene una densidad más baja que el agua líquida. El hielo amorfo de alta densidad , por otro lado, ya tiene una densidad más alta que el agua líquida y se hundiría si se sumergiera en él. Al menos en teoría, porque si este hielo entrara en contacto con agua líquida en condiciones normales , su estructura volvería a cambiar inmediatamente. El hielo amorfo de muy alta densidad es más denso. Su densidad es de 1,3 g / cm 3 .
El hielo amorfo es posiblemente la forma de agua más abundante del universo.
La baja densidad del hielo amorfo se forma generalmente en el laboratorio por una lenta acumulación de moléculas de vapor de agua ( deposición física de vapor ) sobre una superficie de cristal de metal muy suave bajo 120 K . En el espacio , se espera que se forme de manera similar en varios sustratos fríos, como partículas de polvo.
Al derretirse por encima de su temperatura de transición vítrea entre 120 y 140 K , el hielo amorfo de baja densidad es más viscoso que el agua normal. Estudios recientes han demostrado que el líquido viscoso permanece en esta otra forma de agua líquida hasta una temperatura entre 140 y 210 K , un rango de temperatura que generalmente corresponde al del hielo normal. El hielo amorfo de baja densidad tiene una densidad de 0,94 g / cm 3 , menos denso que el agua más densa ( 1,00 g / cm 3 a 277 K ), pero más denso que el hielo normal.
Por el contrario, el agua vítrea hiper endurecida se forma rociando una fina neblina de gotas de agua en un líquido como propano a alrededor de 80 K , o al hiper-extinguir gotas finas del tamaño de un micrómetro en un portamuestras mantenidas a temperatura de nitrógeno líquido, 77 K , al vacío. Se requieren velocidades de enfriamiento superiores a 104 K / s para evitar la cristalización de las gotas. A la temperatura del nitrógeno líquido, 77 K , el agua vítrea hiperendurecida es cinéticamente estable y puede almacenarse durante muchos años.
Hielo amorfo de alta densidad se puede formar mediante la compresión del hielo estándar a temperaturas inferiores a ~ 140 K . A 77 K , se forma hielo amorfo de alta densidad a partir de hielo natural ordinario a aproximadamente 1,6 GPa y hielo amorfo de baja densidad a aproximadamente 0,5 GPa (aproximadamente 5000 atm ). A esta temperatura, se puede almacenar a presión ambiente de forma indefinida. En estas condiciones (presión ambiental y 77 K ), el HDA tiene una densidad de 1,17 g / cm 3 .
Peter Jenniskens y David F. Blake demostraron en 1994 que también se crea una forma de hielo amorfo de alta densidad cuando se deposita vapor de agua en superficies de baja temperatura (< 30 K ) como los granos interestelares. Las moléculas de agua no se alinean completamente para crear la estructura de jaula abierta de hielo amorfo de baja densidad. Muchas moléculas de agua se encuentran en la posición intersticial. Cuando se calienta a más de 30 K , la estructura y la realineación se convierte en una forma de baja densidad.
El hielo amorfo de muy alta densidad fue descubierto en 1996 por Osamu Mishima, quien observó que el hielo amorfo de alta densidad se volvía más denso si se calentaba a 160 K a presiones entre 1 y 2 GPa y tenía una densidad de 1,26 g / cm 3 a la presión y a la temperatura de 77 K . Más recientemente, se ha sugerido que este hielo amorfo más denso es una tercera forma de agua amorfa, distinta del hielo amorfo de alta densidad y se ha denominado hielo amorfo de muy alta densidad.