Замразяване и молекулярно движение
Когато водата замръзва, тя обикновено преминава от течността в твърдо състояние. Като течност водните молекули са в постоянно движение, блъскат се и се блъскат и никога не се задържат дълго на едно място. Когато водата замръзне, молекулите се забавят и се утаяват на мястото си, нареждайки се в правилни образувания, които виждате като кристали. За чиста вода температурата трябва да спадне до 32 градуса по Фаренхайт (нула градуса по Целзий), за да се случи това. За всяко вещество температурата, при която настъпва замръзване, зависи от силите, които карат молекулите му да се слепват.
Лепливи молекули и точка на замръзване
Всички молекули и атоми имат сили, които привличат едни към други. Някои атоми, като въглерод, се държат много силно един за друг; други, като хелий, имат много малка привлекателна сила. Веществата със силни атрактивни сили замръзват при хиляди градуси по Фаренхайт, докато тези, чиито сили са слаби, като азот, замръзват при много студени температури. Привличането между водните молекули е умерено - нито слабо, нито мощно - така че водата замръзва при умерените 32 градуса по Фаренхайт.
Депресия на точката на замръзване
Ако добавите към водата други вещества, като захар или сол, температурата пада под 32 градуса, преди да започне да се образува лед. Новата точка на замръзване зависи от добавеното вещество и от това колко смесвате с вода и затова градовете поставят сол по пътищата в някои щати, за да премахнат леда и снега през зимата. Като друг пример, водката, смес от вода и алкохол, остава течна за продължителен период, когато се държи във фризер. Алкохолът в водката понижава значително точката на замръзване.
Замразяване, разширяване и образуване на кристали
Повечето вещества се свиват или намаляват в обема си, когато се охлаждат. Водата се свива само докато се понижи до 39 градуса; при по-ниски температури започва да се разширява. Тъй като водата става по-студена, нейните молекули се забавят и се подреждат така, че да съществуват празнини между групи молекули. Когато се охлаждат, молекулите образуват шестоъгълни шарки, които в крайна сметка се превръщат в снежинки и свързани кристали.
Разширяване на силата на леда
Ако напълните бутилка изцяло напълнена с вода, затворете я с капак, преди да я поставите във фризер, водата се разширява, докато става по-студена. В крайна сметка ледът ще спука бутилката. Това важи дори за контейнери, изработени от здрави материали като желязо; налягането, упражнявано от замръзване на водата, достига до 40 000 psi при минус 7,6 градуса по Фаренхайт (минус 22 градуса по Целзий).