Külmutamine ja molekulaarne liikumine
Kui vesi külmub, läheb see tavaliselt vedelikust tahkesse olekusse. Vedelikuna on veemolekulid pidevas liikumises, põrutavad ja põrutavad üksteisega ning ei viibi kunagi kaua ühes kohas. Kui vesi jäätub, aeglustuvad molekulid ja paigastuvad oma kohale, rivistudes tavalistes koosseisudes, mida näete kristallidena. Puhta vee saamiseks peab temperatuur selle saavutamiseks langema 32 kraadi Fahrenheiti (null kraadi Celsiuse järgi). Mis tahes aine puhul sõltub külmumise temperatuur jõududest, mis panevad selle molekulid kokku kleepuma.
Kleepuvad molekulid ja külmumispunkt
Kõigil molekulidel ja aatomitel on jõud, mis üksteist ligi tõmbavad. Mõned aatomid, näiteks süsinik, hoiavad üksteisest väga tugevalt kinni; teistel, näiteks heeliumil, on väga vähe atraktiivset jõudu. Tugevate atraktiivsete jõududega ained külmuvad tuhandetes Fahrenheiti kraadides, samas kui need, mille jõud on nõrgad, näiteks lämmastik, külmuvad väga külmadel temperatuuridel. Tõmme veemolekulide vahel on mõõdukas - ei nõrk ega võimas -, nii et vesi külmub tagasihoidlikul 32 kraadi Fahrenheiti juures.
Külmumispunkti depressioon
Kui lisate veele muid aineid, näiteks suhkrut või soola, langeb temperatuur enne jää tekkimist alla 32 kraadi. Uus külmumistemperatuur sõltub lisatud ainest ja sellest, kui palju te veega segate, ning seetõttu panevad linnad mõnes osariigis teedele soola, et talvel jää ja lumi eemaldada. Teise näitena püsib viin, vee ja alkoholi segu, sügavkülmas hoides pikema aja jooksul vedel. Viinas olev alkohol alandab külmumistemperatuuri märkimisväärselt.
Külmutamine, paisumine ja kristallide moodustumine
Enamik aineid tõmbub külmaks tõmbudes kokku või kahaneb. Vesi tõmbub kokku ainult seni, kuni see on langetatud 39 kraadini; külmemal temperatuuril hakkab see paisuma. Kui vesi muutub külmemaks, aeglustuvad selle molekulid ja paigutatakse nii, et molekulirühmade vahel on tühimikke. Jahenedes moodustavad molekulid kuusnurksed mustrid, mis lõpuks muutuvad lumehelvesteks ja nendega seotud kristallideks.
Jää laienemise jõud
Kui täidate pudeli, mis on täielikult veega täidetud, sulgege see enne sügavkülma panemist kaanega, vesi paisub jahtudes. Lõpuks lõhkeb jää pudeli. See kehtib isegi tugevate materjalide, näiteks rauast valmistatud mahutite kohta; külmutava vee poolt avaldatav rõhk on miinus 7,6 kraadi Fahrenheiti (miinus 22 kraadi Celsiuse järgi) koguni 40 000 psi.