Suyun ya da su buharının donmasıyla oluşan katı madde buzdur. Sıcaklık 0 °C nin altına düştüğünde, yeryüzündeki su buharı kırağı biçiminde, bulutlardaki su buharı da kar taneleri biçiminde donar; her kar tanesi tek bir buz kristalinden oluşmuştur. Sıvı haldeki su ise, aynı sıcaklıkta donara, akarsu buzu, deniz buzu, dolu tanesi, ticari yada ev tipi soğutucularında üretilen buz gibi katı taneciklere dönüşür.

Buz, bir kristaller yığınından oluşmuştur; ama suyun donmasıyla oluşan buz kristalleri, buhar buzundaki gibi kristal yüzeyleri olmadığından kolayca görülemez. Suyun donmasıyla ortaya çıkan buz kristallerinin boyutları genellikle 1 – 20 mm arasındadır. Buna karşılık eski bir buzulda, uzun süren yeniden yapılaşmış kristalleşme süreciyle, buz kristallerinin çapı yaklaşık 50 cm yi bulabilir.

Bir gram buzu eritmek için 79,8 kalori ısı enerjisi gereklidir (gizli erime ısısı). Bu değer başka maddelerin gizli ısılarıyla karşılaştırıldığında oldukça yüksektir. Buzun soğutucu yada ısı soğurucu olarak çok kullanılmasının temelinde bu özellik yatar. Erimekte olan buzun sıcaklığı 0 °C de sabit kalır.

Suyun yoğunluğunun 0,9998 gr / cm3 olmasına karşılık buzun yoğunluğu 0,918 gr / cm3 dür. Bu nedenle, bir buz kütlesi, 0 °C sıcaklıkta ve eşit kütledeki sudan % 9 daha fazla yer kaplar. Donan su borularının patlaması ve buzun (hacminin yaklaşık 1 / 10 u su yüzeyinde kalmak üzere) suda yüzmesinin nedeni budur. Basınç altındaki buzun erime noktası, donma sırasındadaki hacım artışı nedeniyle, atmosfer başına 0,0075 °C kadar düşer. Buz pateninde yada buzlu yolda otomobilin kaymasından da bilindiği gibi buz yüzeyinin kayma sürtünmesi düşüktür. Bunun nedeni kayan cismin uyguladığı basınçla eriyen buzun, yüzeyler arasında sürekli bir bağlayıcı işlevi görmesidir.


BUZUN YAPISI :

Bir buz kristali, bir moleküldeki hidrojen atomları ile başka bir molekülün oksijen atomları arasındaki çekim kuvvetlerinden doğan hidrojen bağlarıyla birbirine bağlanmış su moleküllerinden oluşur. Her molekül, çevresindeki dörtgenin köşelerinden dört komşu moleküle bağlanır. Dörtgenler biçimindeki bu diziliş su moleküllerinin altıgen zincirlerini büzer ve yan yana dizilen altıgen molekül zincirleri, altıgenin eksenine dik olarak uzanan büzülüp kırışmış altıgen katmanlar oluşturur.

Su molekülünün buharda ve buzda ayrı olan eğrilmiş biçimi nedeniyle, her molekülündeki 2 hidrojen atomu, komşu 4 atomdan ikisine doğru yönelerek bunlara bağlanır. Sonuç olarak her su molekülü değişik yönelme durumundan herhangi birine olabilir. Bu durumların gerçekleşme olasılığı, komşu moleküllerin, her bir bağda tek bir hidrojen atomu bulunacak ve böylece hiçbir hidrojen bağı kopmayacak biçimde yönelmesi koşuluyla, istatistiksel olarak eşittir. Böyle bir istatistiksel düzensizlik buzun fiziksel özelliklerini büyük ölçüde etkiler ve buz kristalinin, mutlak sıfır noktasında ( - 273,15 °C ) yok olmayan bir entropi kazanmasına yol açar.

Buzun yapısı bilinen inorganik iyonların ve organik moleküllerin bağlanması için pek elverişli değildir. Bu nedenle, sulu bir çözeltinin dondurulmasıyla elde edilen buz, çözeltiden daha saftır. Deniz suyunun dondurularak tuzdan arıtılması yöntemi de bu temele dayanır.

Su molekülleri sıcaklığın düşmesi sonucu doğal yapıları gereği kristaller halinde dizilmeye başlar. Böylece birbirine yaklaşarak bir çekim gücü yaratılması sonucu hegzagonal (altı yüzlü kristaller) oluşmaya başlar. Bu kristaller zincir, gibi birbirlerine bağlanmışlardır. Bu durumda moleküller altıgen bir prizma görünümündedir ve bir eksen boyunca dizilmişlerdir.(Optik eksen) iki buz kristalinin merkezleri arasındaki uzaklık 3 A°kadardır. Böylece eksenin l mikronluk uzunluğu üzerinde 3000 molekül bulun maktadır. l mikron küp boyutundaki bu kristalin içindeki molekül sayısı ise 27 milyondur. Suyun kristal oluşumu ile buz haline ge¬çişi sırasında, boyutsal değişimlere de yol açar. Saf su, buza dönüşürken hacminin % 9 u oranında büyür. Gıdaların dondurulması sırasında hacim genişlemesi ise % 6 kadardır. Çünkü gıdalarda büyük oranda suyun yanında hava boşlukları da bulunmaktadır.

Suyun donmaya geçişi sırasında merkezden başlayan kristalleşme başlıca üç ayrı tipte sınıflandırılır.


a. Su molekülleri donma sırasında yeterli zaman bulursa düzgün altıgen kristaller haline dönüşür.

b. Eğer bu durum hızlandırılırsa, kristaller gelişigüzel yapıda ve eksen üzerinde düzgün olmayan bir şekilde olunmaya başlar ve dallanma görülür. Ancak hu dallar 600 lik muntazam açılar meydana getirirler.

c. Çok hızlı soğutma durumunda ise, yine merkezden oluşmaya başlayan ok şeklinde buz kristalleri görülür, dallanma yoktur, küçük ince çubuklar halindeki kristaller saydamdır. Bu üçüncü özellik gıdaların dondurularak muhafazasında kullanı¬lır. Yavaş dondurma sırasında oluşan büyük buz kristalleri hücre dokularını parçalar. Çözünme sırasında yapısı bozulmuş olan gıda enzim ve organizmaların hücumuna karşı direnç gösteremez.

Buz, eridiği zaman yapısının intizamı çok az bozulur, fakat tamamen ortadan kalkmaz. Erime noktasının yakınındaki sıcaklıklar da, oksijen atomlarının hala buzda olduğu gibi dört hidrojenle tetrahenral olarak çevrelendiği görülmektedir. Yalnız tetrahedral yapı çok gayri muntazamdır ve devamlı değişir. Herhangi bir andaki yapıda altıgen şekildeki yapıda bazı boşluklar çökmüş ve daha sıkı bir yapı meydana gelmiştir.