С позиции протолитической теории кислот и оснований вода – это аморфное соединение, то есть может как отщеплять, так и присоединять протоны. 

 
Согласно данным, полученным методами ЯМР и ИК-спектроскопии, время протонного обмена в воде равно 3,8 •10-4 с, а время спонтанной диссоциации - 

На схематической шкале представлены обозначения трех видов структурных движений:

I – структура, представляющая как бы мгновенный слепок молекулы воды;

V – структура, представляющая усредненные колебательные и вращательные движения;

D – структура, представляющая диффузионно – усредненные движения обменного характера.

Как известно, носителями заряда во льду являются неупорядоченные протоны, то есть лед является протонным полупроводником. Установлено, что перескоки протонов создают в структуре льда дефекты двух типов: ионные и ориентационные. 

Рис. 5. Схема образования ионных дефектов в протонной подсистеме льда.  

Рис. 6. Схема образования ориентационных дефектов в протонной подсистеме льда.

При ионном дефекте перескок протона происходит вдоль водородной связи от одной молекулы воды к другой, в результате чего и образуется пара ионных дефектов с расчетной энергией образования - 0,98 эВ. 

При ориентационном дефекте перескок происходит на соседнюю водородную связь в одной молекуле воды и формально такой перескок можно рассматривать как поворот молекулы воды на 120º. Расчетная энергия образования этой пары дефектов – 0,68 эВ.

Помимо энергетической разницы в образовании ионных и ориентационных дефектов во льду существует разрыв в их энергиях активации перемещения, расчетные значения которых составляют, соответственно, 0 эВ (туннельный эффект) и 0,235 эВ. Еще более значительной является разница их концентраций во льду: ионных – 8 • 10¹⁰ см^-3 , а ориентационных – 7 • 10¹⁵ см^-3.

Считается, что малый дефект – ионный, определяет механизм электропроводности химически чистого льда, тогда как диэлектрическая поляризация (высокочастотная диэлектрическая проницаемость льда, например, при минус 18ºС составляет 3,2, тогда как воды при плюс 20ºС – 80,08) обусловлена возникновением пары ориентационных дефектов Бьеррума, получивших название L и D – дефектов. При приложении внешнего электрического поля оба процесса дефектообразования идут параллельно, что позволяет льду проводить постоянный ток и в то же время испытывать сильную диэлектрическую поляризацию, то есть проявлять одновременно и свойства полупроводника и свойства изолятора.

Энергия диссоциации (разрыва) водородной связи в воде по данным из различных источников может достигать 100 кДж/моль (1,036 эВ), тогда как во льду эта энергия не превышает 30 кДж/моль (0,31 эВ). Это объясняют в первом случае преимуществом колебательного механизма электронного распределения в водородной связи, а во втором – высокой динамикой вращательного движения в водородно-связанном фрагменте.