Jäätyminen ja molekyyliliike
Kun vesi jäätyy, se yleensä siirtyy nesteestä kiinteään tilaan. Nesteenä vesimolekyylit liikkuvat jatkuvasti, törmäävät ja heiluttavat toisiaan eivätkä koskaan pysy yhdessä paikassa pitkään. Kun vesi jäätyy, molekyylit hidastuvat ja asettuvat paikoilleen ja asettuvat säännöllisinä muodostelmina, jotka näet kiteinä. Puhtaan veden lämpötilan on laskettava 32 Fahrenheit-asteeseen (nolla Celsius-astetta), jotta tämä tapahtuisi. Minkä tahansa aineen lämpötila, jossa jäätyminen tapahtuu, riippuu voimista, jotka saavat sen molekyylit tarttumaan toisiinsa.
Tahmeat molekyylit ja jäätymispiste
Kaikilla molekyyleillä ja atomilla on voimia, jotka houkuttelevat toisiaan. Jotkut atomit, kuten hiili, pitävät kiinni toisistaan erittäin voimakkaasti; Toisilla, kuten heliumilla, on hyvin vähän houkuttelevaa voimaa. Aineet, joilla on voimakkaita vetovoimia, jäätyvät tuhansilla Fahrenheit-asteilla, kun taas aineet, joiden voimat ovat heikot, kuten typpi, jäätyvät hyvin kylmissä lämpötiloissa. Vedemolekyylien välinen vetovoima on kohtalainen - ei heikko eikä voimakas - joten vesi jäätyy vaatimattomassa 32 astetta Fahrenheit-astetta.
Jäätymispisteen masennus
Jos lisäät veteen muita aineita, kuten sokeria tai suolaa, lämpötila laskee alle 32 astetta ennen kuin jään muodostumista alkaa. Uusi jäätymispiste riippuu lisätystä aineesta ja siitä, kuinka paljon sekoitat veteen, ja siksi kaupungit asettavat suolaa teille joissakin osavaltioissa jään ja lumen poistamiseksi talvella. Toisena esimerkkinä vodka, veden ja alkoholin seos, pysyy nestemäisenä pitkään pakastimessa. Vodkassa oleva alkoholi alentaa jäätymispistettä merkittävästi.
Jäätyminen, laajeneminen ja kristallien muodostuminen
Suurin osa aineista supistuu tai kutistuu volyyminaan kylmyessään. Vesi supistuu vain, kunnes se lasketaan 39 asteeseen; kylmemmissä lämpötiloissa se alkaa laajentua. Veden kylmetessä sen molekyylit hidastuvat ja järjestyvät itsensä siten, että molekyyliryhmien välillä on aukkoja. Kun ne jäähtyvät, molekyylit muodostavat kuusikulmaisia kuvioita, joista lopulta tulee lumihiutaleita ja niihin liittyviä kiteitä.
Jään laajenemisvoima
Jos täytät pullon kokonaan vedellä, sulje se sitten kannella ennen kuin laitat sen pakastimeen, vesi laajenee, kun se jäähtyy. Lopulta jää rikkoo pullon. Tämä pätee myös vahvoista materiaaleista, kuten raudasta, valmistettuihin astioihin; pakkasveden aiheuttama paine on jopa 40 000 psi miinus 7,6 Fahrenheit-astetta (miinus 22 Celsius-astetta).