Bagaimana Air Membeku?

Ketika air membeku biasanya berpindah dari cair ke padat. Sebagai cairan, molekul air terus bergerak, berbenturan dan berdesak-desakan satu sama lain dan tidak pernah tinggal di satu tempat untuk waktu yang lama. Ketika air membeku, molekul-molekul melambat dan mengendap di tempatnya, berbaris dalam formasi teratur yang Anda lihat sebagai kristal. Untuk air murni, suhu harus turun hingga 32 derajat Fahrenheit (nol derajat Celcius) agar hal ini terjadi. Untuk zat apa pun, suhu di mana pembekuan terjadi tergantung pada gaya yang membuat molekulnya saling menempel.

Semua molekul dan atom memiliki gaya yang menarik satu sama lain. Beberapa atom, seperti karbon, berpegangan satu sama lain dengan sangat kuat; lainnya, seperti helium, memiliki gaya tarik menarik yang sangat kecil. Zat dengan gaya tarik menarik yang kuat membeku pada ribuan derajat Fahrenheit, sedangkan zat yang gaya tarikannya lemah, seperti nitrogen, membeku pada suhu yang sangat dingin. Daya tarik antara molekul air sedang -- tidak lemah atau kuat -- sehingga air membeku pada suhu 32 derajat Fahrenheit.

Jika Anda menambahkan zat lain ke dalam air, seperti gula atau garam, suhu turun di bawah 32 derajat sebelum es mulai terbentuk. Titik beku baru tergantung pada zat yang ditambahkan dan seberapa banyak Anda mencampurnya dengan air, dan inilah mengapa kota-kota menaruh garam di jalan di beberapa negara bagian untuk menghilangkan es dan salju di musim dingin. Sebagai contoh lain, vodka, campuran air dan alkohol, tetap cair untuk waktu yang lama jika disimpan dalam freezer. Alkohol dalam vodka menurunkan titik beku secara signifikan.

Sebagian besar zat berkontraksi, atau menyusut, volumenya saat menjadi dingin. Air hanya berkontraksi sampai diturunkan menjadi 39 derajat; pada suhu yang lebih dingin, ia mulai mengembang. Saat air menjadi lebih dingin, molekulnya melambat dan mengatur diri mereka sendiri sedemikian rupa sehingga ada celah di antara kelompok molekul. Saat mereka menjadi lebih dingin, molekul membentuk pola heksagonal yang akhirnya menjadi kepingan salju dan kristal terkait.

Jika Anda mengisi botol yang terisi penuh dengan air, lalu menutupnya dengan penutup sebelum memasukkannya ke dalam freezer, air akan memuai saat semakin dingin. Akhirnya, es akan memecahkan botol. Hal ini berlaku bahkan untuk wadah yang terbuat dari bahan kuat seperti besi; tekanan yang diberikan oleh air yang membekukan setinggi 40.000 psi pada minus 7,6 derajat Fahrenheit (minus 22 derajat Celcius).