Mis paneb jääkuubiku sulama?

Jää on tahke vorm, mille vedel vesi võtab, kui see on jahtunud alla 0 kraadi (32 kraadi Fahrenheiti). Jää sulab vee keemiliste omaduste tõttu. Jää molekulide vahel on rohkem vesiniksidemeid kui vees. Jää hakkab sulama, kui selle temperatuur ületab 0 kraadi Celsiuse järgi ja veemolekulide vahelised vesiniksidemed purunevad.

Jää- või veemolekul koosneb kahest vesinikuaatomist, mis on kovalentselt seotud ühe hapnikuaatomiga. Aatomid jagavad elektrone, põhjustades hapniku aatomil veidi negatiivset elektrilaengut, samas kui vesiniku aatomid on kergelt positiivsed, mille tulemuseks on polaarne molekul. Selle polaarsuse tõttu tõmbuvad veemolekulid üksteise poole ja moodustavad molekulide vahel vesiniksidemeid.

Vesiniku ja hapniku aatomite vahelised vesiniksidemed on kovalentsetest sidemetest nõrgemad ning need kontrollivad vee ja jää füüsikalisi omadusi. Veemolekulid seonduvad jääs üksteisega tugevamalt kui vedelas vees, ehkki jääs on molekulid laialdasemalt eraldatud, mistõttu jää on vähem tihedam kui vesi.

Jää sulab, kui soojusenergia põhjustab molekulide kiiremat liikumist, purustades molekulidevahelised vesiniksidemed, moodustades vedelat vett. Sulamisprotsessis neelavad veemolekulid energiat tegelikult. Seetõttu sulab jääkuubik väljastpoolt kiiremini ning säilitab keskmes kauem oma külmuse ja tugevuse: sulamine on jahutusprotsess. Kui lisatakse rohkem soojust, jätkab jää sulamist ja kui temperatuur ületab keemistemperatuuri, siis umbes 100 ° C kraadi Celsiuse järgi (212 kraadi Fahrenheiti), puruneb rohkem vesimolekulide vahelisi vesiniksidemeid, tekitades vett aur.

Võõrkehade, näiteks soola või kemikaalide osakeste lisamine sulatab jää kiiremini, kuna need rikuvad sulamis- ja külmumisprotsesside tasakaalu. Mida rohkem selle pinnal on võõrosakesi, seda vähem suudab jää kinni püüda veemolekule, pidurdades külmumisprotsessi. Soola kasutatakse jää sulatamiseks kõnniteedel ja sõiduteedel, kuna see on odav ja ligipääsetav, mitte seetõttu, et see oleks tõhusam kui muud ained.