Kako se voda smrzava?

Kad se voda zamrzne, ona obično prelazi iz tekućeg u kruto stanje. Kao tekućina, molekule vode neprestano se kreću, nabijaju se i naguravaju i nikad dugo ne ostaju na jednom mjestu. Kad se voda smrzne, molekule se usporavaju i smiruju se, postavljajući se u redovite formacije koje vidite kao kristale. Da bi se to dogodilo, za čistu vodu temperatura mora pasti na 32 stupnja Fahrenheita (nula stupnjeva Celzijevih). Za bilo koju tvar, temperatura pri kojoj dolazi do smrzavanja ovisi o silama zbog kojih se njene molekule lijepe.

Sve molekule i atomi imaju sile koje privlače jednu drugu. Neki se atomi, poput ugljika, jako drže jedni za druge; drugi, poput helija, imaju vrlo malo privlačne sile. Tvari s jakim privlačnim silama smrzavaju se na tisućama stupnjeva Fahrenheita, dok se one čije su sile slabe, poput dušika, smrzavaju na vrlo hladnim temperaturama. Privlačnost između molekula vode je umjerena - ni slaba ni moćna - pa se voda smrzava na skromnih 32 stupnja Fahrenheita.

Ako u vodu dodate druge tvari, poput šećera ili soli, temperatura padne ispod 32 stupnja prije nego što se počne stvarati led. Nova točka smrzavanja ovisi o dodanoj tvari i o tome koliko se miješate s vodom, i zato gradovi u nekim državama stavljaju sol na ceste kako bi zimi uklonili led i snijeg. Kao drugi primjer, votka, mješavina vode i alkohola, ostaje tekuća dulje vrijeme kad se drži u zamrzivaču. Alkohol u votki značajno snižava točku ledišta.

Većina tvari smanjuje se, odnosno smanjuje, u volumenu kad se ohladi. Voda se skuplja samo dok se ne spusti na 39 stupnjeva; na hladnijim temperaturama počinje se širiti. Kako voda postaje hladnija, njene molekule usporavaju i uređuju se tako da postoje razlike između skupina molekula. Kako se hlade, molekule tvore heksagonalne uzorke koji na kraju postaju pahuljice i srodni kristali.

Ako bocu napunite potpuno napunjenom vodom, zatvorite je poklopcem prije stavljanja u zamrzivač, a voda se širi hladnijom. Na kraju će led puknuti bocu. To vrijedi čak i za posude izrađene od jakih materijala poput željeza; tlak koji se vrši smrzavanjem vode visok je do 40.000 psi na minus 7,6 stupnjeva Fahrenheita (minus 22 stupnjeva Celzija).