氷Ic相：立方晶系氷の構造と特性

氷Ic相（Ice Ic）は、氷の準安定状態である立方晶系結晶構造を持つ氷の多形です。1943年にハンス・ケーニヒによって初めてその存在が確認され、記述されました。氷Ic相の酸素原子はダイヤモンド構造と同様の配列をとっており、六方晶系である氷Ih相と密度や格子定数が非常に近接しているという特徴があります。

形成と安定性

氷Ic相は、過冷却された水滴から形成されるほか、アモルファス氷や高圧相である氷II、氷III、氷Vからの転移によっても生成されることが報告されています。冷却過程では-143℃から-53℃の温度域で形成され、加熱すると-33℃付近で安定な氷Ih相へと転移します。また、上層大気中にも存在すると考えられており、太陽や月を中心とした28度付近のハロ（Scheinerのハロ）の発生に関与しているという説があります。

積層不整と純粋な氷Ic相の合成

長年にわたり、完全な立方晶構造を持つ氷Ic相の合成は困難であり、従来の実験手法で作られたものは積層不整を含む「氷Isd相（積層不整のある氷I相）」であると指摘されてきました。しかし、近年の研究により、積層不整のない純粋な氷Ic相の合成が報告されています。

2020年、小松らによる研究では、C2水素ハイドレートから水素分子を脱離させる手法により、積層不整のない氷Ic相の作成に成功しました。同年にdel Rossoらも、氷XVII相を常圧下で加熱することで同様の純粋な氷Ic相を得る手法を報告しています。Tonauerらによる示差走査熱量測定では、氷XVIIから得られた氷Icが氷Ihへ転移する際のエントロピー差が-37.3 ± 2.3 J mol-1と見積もられました。ただし、合成手法によって氷Ihへの転移温度に差異が見られることから、構造的な詳細については現在も研究が続けられています。