凍結と分子運動
水が凍結すると、通常、液体から固体に移行します。 液体として、水分子は絶え間なく動き、互いにぶつかったり、揺れたりして、1つの場所に長く留まることはありません。 水が凍結すると、分子はゆっくりと定位置に落ち着き、結晶のように規則的な形で整列します。 純水の場合、これを行うには、温度を華氏32度（摂氏0度）まで下げる必要があります。 どの物質でも、凍結が発生する温度は、分子を互いにくっつける力に依存します。
粘着性のある分子と凝固点
すべての分子と原子には、一方を他方に引き付ける力があります。 炭素などの一部の原子は、互いに非常に強く保持します。 ヘリウムのような他のものは、引力がほとんどありません。 強い引力を持つ物質は華氏数千度で凍結しますが、窒素などの力が弱い物質は非常に極寒の温度で凍結します。 水分子間の引力は中程度であり、弱くも強力でもないため、水は華氏32度で凍結します。
凝固点降下
砂糖や塩などの他の物質を水に加えると、氷が形成され始める前に温度が32度を下回ります。 新しい凝固点は、添加された物質と水との混合量によって異なります。そのため、一部の州では、冬に氷や雪を取り除くために都市が道路に塩を入れています。 別の例として、水とアルコールの混合物であるウォッカは、冷凍庫に保管されたときに長期間液体のままです。 ウォッカに含まれるアルコールは、凝固点を大幅に下げます。
凍結、膨張および結晶形成
ほとんどの物質は、冷えると体積が収縮または収縮します。 水は39度まで下がるまで収縮します。 低温になると、膨張し始めます。 水が冷えると、その分子は減速し、分子のグループ間にギャップが存在するように配置されます。 それらが冷えるにつれて、分子は六角形のパターンを形成し、最終的には雪片および関連する結晶になります。
氷の膨張の力
完全に水で満たされたボトルを満たし、次にそれを冷凍庫に入れる前に蓋で密封すると、水は冷えるにつれて膨張します。 最終的に、氷はボトルを破裂させます。 これは、鉄などの丈夫な材料で作られた容器にも当てはまります。 氷点下の水によって加えられる圧力は、華氏マイナス7.6度（摂氏マイナス22度）で40,000psiにもなります。