Frysning og molekylær bevægelse
Når vand fryser, passerer det normalt fra væsken til fast tilstand. Som en væske er vandmolekyler i konstant bevægelse, støder og skubber hinanden og forbliver aldrig et sted længe. Når vand fryser, sænkes molekylerne og sætter sig på plads og stiger i regelmæssige formationer, som du ser som krystaller. For rent vand skal temperaturen falde til 32 grader Fahrenheit (nul grader Celsius) for at dette kan ske. For ethvert stof afhænger temperaturen, ved hvilken frysning sker, af kræfter, der får dets molekyler til at klæbe sammen.
Klæbrige molekyler og frysepunkt
Alle molekyler og atomer har kræfter, der tiltrækker den ene til den anden. Nogle atomer, såsom kulstof, holder meget på hinanden; andre, såsom helium, har meget lidt tiltrækkende kraft. Stoffer med stærke tiltrækningskræfter fryser ved tusinder af grader Fahrenheit, mens de, hvis kræfter er svage, såsom nitrogen, fryser ved meget kølige temperaturer. Tiltrækningen mellem vandmolekyler er moderat - hverken svag eller kraftig - så vand fryser ved beskedne 32 grader Fahrenheit.
Frysepunktsdepression
Hvis du tilføjer andre stoffer til vand, såsom sukker eller salt, falder temperaturen under 32 grader inden is begynder at danne sig. Det nye frysepunkt afhænger af det tilsatte stof, og hvor meget du blander med vand, og det er derfor, byer lægger salt på vejene i nogle stater for at fjerne is og sne om vinteren. Som et andet eksempel forbliver vodka, en blanding af vand og alkohol, flydende i længere tid, når den opbevares i en fryser. Alkoholen i vodka sænker frysepunktet betydeligt.
Frysning, udvidelse og krystaldannelse
De fleste stoffer trækker sig sammen eller krymper i volumen, når de bliver kolde. Vand trækker kun sammen, indtil det sænkes ned til 39 grader; ved koldere temperaturer begynder det at ekspandere. Når vandet bliver koldere, sænker dets molekyler sig og arrangerer sig således, at der findes huller mellem grupper af molekyler. Når de bliver koldere, danner molekylerne sekskantede mønstre, der til sidst bliver snefnug og relaterede krystaller.
Force Of Ice Expansion
Hvis du fylder en flaske helt fyldt med vand, skal du forsegle den med et låg, inden du lægger den i en fryser, vandet udvides, når det bliver koldere. Til sidst vil isen sprænge flasken. Dette gælder også for containere lavet af stærke materialer såsom jern; det tryk, der udøves af frysende vand, er så højt som 40.000 psi ved minus 7,6 grader Fahrenheit (minus 22 grader Celsius).