बर्फ़ीली और आणविक गति
जब पानी जम जाता है तो यह आमतौर पर तरल से ठोस अवस्था में चला जाता है। एक तरल के रूप में, पानी के अणु निरंतर गति में होते हैं, एक दूसरे से टकराते और टकराते हैं और कभी भी एक स्थान पर लंबे समय तक नहीं रहते हैं। जब पानी जम जाता है, तो अणु धीमे हो जाते हैं और जगह में बस जाते हैं, नियमित संरचनाओं में अस्तर करते हैं जिन्हें आप क्रिस्टल के रूप में देखते हैं। ऐसा होने के लिए शुद्ध पानी के लिए, तापमान 32 डिग्री फ़ारेनहाइट (शून्य डिग्री सेल्सियस) तक गिरना चाहिए। किसी भी पदार्थ के लिए, जिस तापमान पर हिमीकरण होता है, वह उन बलों पर निर्भर करता है जो उसके अणुओं को आपस में चिपकाते हैं।
चिपचिपा अणु और हिमांक बिंदु
सभी अणुओं और परमाणुओं में ऐसे बल होते हैं जो एक को दूसरे की ओर आकर्षित करते हैं। कुछ परमाणु, जैसे कार्बन, एक दूसरे को बहुत मजबूती से पकड़ते हैं; अन्य, जैसे हीलियम, में बहुत कम आकर्षक बल होता है। मजबूत आकर्षक बल वाले पदार्थ हजारों डिग्री फ़ारेनहाइट पर जम जाते हैं, जबकि जिनके बल कमजोर होते हैं, जैसे कि नाइट्रोजन, बहुत ठंडे तापमान पर जम जाते हैं। पानी के अणुओं के बीच आकर्षण मध्यम है - न तो कमजोर और न ही शक्तिशाली - इसलिए पानी 32 डिग्री फ़ारेनहाइट पर जम जाता है।
हिमांक अवनमन
यदि आप पानी में अन्य पदार्थ, जैसे चीनी या नमक मिलाते हैं, तो बर्फ बनने से पहले तापमान 32 डिग्री से नीचे चला जाता है। नया हिमांक बिंदु इस बात पर निर्भर करता है कि इसमें मिलाए गए पदार्थ और आप पानी में कितना मिलाते हैं और यही कारण है कि शहर कुछ राज्यों में सर्दियों में बर्फ और बर्फ हटाने के लिए सड़कों पर नमक डालते हैं। एक अन्य उदाहरण के रूप में, वोदका, पानी और अल्कोहल का मिश्रण, फ्रीजर में रखने पर विस्तारित अवधि के लिए तरल रहता है। वोडका में अल्कोहल हिमांक को काफी कम कर देता है।
बर्फ़ीली, विस्तार और क्रिस्टल गठन
अधिकांश पदार्थ ठंडे होने पर मात्रा में सिकुड़ते या सिकुड़ते हैं। पानी केवल तब तक सिकुड़ता है जब तक इसे 39 डिग्री तक कम नहीं किया जाता है; ठंडे तापमान पर, यह विस्तार करना शुरू कर देता है। जैसे-जैसे पानी ठंडा होता है, उसके अणु धीमे हो जाते हैं और खुद को इस तरह व्यवस्थित करते हैं कि अणुओं के समूहों के बीच अंतराल मौजूद हो। जैसे-जैसे वे ठंडे होते जाते हैं, अणु हेक्सागोनल पैटर्न बनाते हैं जो अंततः बर्फ के टुकड़े और संबंधित क्रिस्टल बन जाते हैं।
बर्फ विस्तार का बल Force
अगर आप पूरी तरह से पानी से भरी बोतल भरते हैं, तो उसे फ्रीजर में रखने से पहले ढक्कन से सील कर दें, ठंडा होने पर पानी फैलता है। आखिरकार, बर्फ बोतल को फोड़ देगी। लोहे जैसी मजबूत सामग्री से बने कंटेनरों के लिए भी यह सच है; जमने वाले पानी का दबाव शून्य से 7.6 डिग्री फ़ारेनहाइट (माइनस 22 डिग्री सेल्सियस) पर 40,000 साई जितना अधिक होता है।