Zmrazení a molekulární pohyb
Když voda zamrzne, obvykle přechází z kapaliny do pevného stavu. Molekuly vody jsou jako kapalina v neustálém pohybu, narážejí do sebe a strkají se a nikdy nezůstanou dlouho na jednom místě. Když voda zamrzne, molekuly zpomalí a usadí se na svém místě, seřazují se v pravidelných formacích, které vidíte jako krystaly. U čisté vody musí teplota klesnout na 32 stupňů Fahrenheita (nula stupňů Celsia), aby se tak stalo. U jakékoli látky závisí teplota, při které dochází k mrazu, na silách, díky nimž se její molekuly slepí.
Lepkavé molekuly a bod mrazu
Všechny molekuly a atomy mají síly, které přitahují jednu k druhé. Některé atomy, jako je uhlík, se navzájem velmi silně drží; jiné, například hélium, mají velmi malou přitažlivou sílu. Látky se silnými přitažlivými silami mrznou na tisíce stupňů Fahrenheita, zatímco ty, jejichž síly jsou slabé, jako je dusík, mrznou při velmi chladných teplotách. Přitažlivost mezi molekulami vody je mírná - ani slabá, ani silná - takže voda zamrzá při mírných 32 stupních Fahrenheita.
Deprese bodu mrazu
Pokud do vody přidáte další látky, jako je cukr nebo sůl, teplota klesne pod 32 stupňů, než se začne tvořit led. Nový bod mrazu závisí na přidané látce a na tom, kolik vody smícháte, a proto města v některých státech dávají na silnice sůl, aby v zimě odstranily led a sníh. Dalším příkladem je, že vodka, směs vody a alkoholu, zůstává po delší dobu tekutá, pokud je uchovávána v mrazáku. Alkohol ve vodce významně snižuje bod tuhnutí.
Zmrazení, expanze a tvorba krystalů
Většina látek se při chladu smršťuje nebo zmenšuje. Voda se smršťuje pouze do poklesu na 39 stupňů; při nižších teplotách se začíná rozšiřovat. Jak voda chladne, její molekuly se zpomalují a usazují se tak, že mezi skupinami molekul existují mezery. Jak se ochladí, molekuly vytvářejí hexagonální vzory, které se nakonec stanou sněhovými vločkami a souvisejícími krystaly.
Síla expanze ledu
Pokud naplníte láhev zcela naplněnou vodou, před vložením do mrazničky ji uzavřete víkem, voda se při ochlazení roztáhne. Nakonec led rozbije láhev. To platí i pro nádoby ze silných materiálů, jako je železo; tlak vyvíjený mrznoucí vodou je až 40 000 psi při minus 7,6 stupňů Fahrenheita (minus 22 stupňů Celsia).