מה הופך קוביית קרח להתמוסס?

קרח הוא הצורה המוצקה שלוקחים מים נוזליים כאשר הם מקוררים מתחת ל 0 מעלות צלזיוס (32 מעלות פרנהייט). קרח נמס בגלל התכונות הכימיות של מים. יש יותר קשרי מימן בין מולקולות הקרח מאשר במים. קרח מתחיל להמיס כאשר הטמפרטורה שלו עולה על 0 מעלות צלזיוס וקשרי מימן בין מולקולות מים נשברות.

מולקולת קרח או מים מורכבת משני אטומי מימן הקשורים קוולנטית לאטום חמצן אחד. האטומים חולקים אלקטרונים, מה שגורם לאטום החמצן לשאת מטען חשמלי שלילי מעט, ואילו אטומי המימן הם חיוביים מעט, וכתוצאה מכך מולקולה קוטבית. בגלל קוטביות זו, מולקולות מים נמשכות זו לזו ויוצרות קשרי מימן בין מולקולות.

קשרי המימן בין אטומי המימן והחמצן חלשים יותר מקשרים קוולנטיים, והם שולטים בתכונות הפיזיקליות של מים וקרח. מולקולות מים קשורות במימן חזק יותר זו לזו בקרח מאשר במים נוזליים, אם כי בקרח המולקולות מופרדות באופן נרחב יותר, מה שגורם לקרח להיות צפוף פחות ממים.

קרח נמס כאשר אנרגיית חום גורמת למולקולות לנוע מהר יותר, תוך שבירת קשרי המימן בין מולקולות ליצירת מים נוזליים. בתהליך ההיתוך מולקולות המים למעשה סופחות אנרגיה. זו הסיבה שקוביית קרח נמסה מהר יותר מבחוץ ושומרת על קורה ומוצקותה יותר במרכז: ההיתוך הוא תהליך קירור. ככל שמכניסים יותר חום, הקרח ימשיך להמיס, ואם הטמפרטורה עולה על נקודת הרתיחה, בערך 100 מעלות צלזיוס (212 מעלות פרנהייט), יותר קשרי מימן בין מולקולות מים ישברו לחלוטין ויצרו מים אדים.

תוספת של חומרים זרים, כגון מלח או חלקיקי כימיקלים, ממיסה קרח מהר יותר מכיוון שהם מפרים את שיווי המשקל של תהליכי ההיתוך וההקפאה. ככל שיש יותר חלקיקים זרים על פני השטח, כך יכול הקרח ללכוד פחות מולקולות מים, ומאט את תהליך ההקפאה. מלח משמש להמיסת קרח על מדרכות ודרכים מכיוון שהוא זול ונגיש, לא בגלל שהוא יעיל יותר מחומרים אחרים.