როგორ იყინება წყალი?

წყლის გაყინვისას იგი ჩვეულებრივ გადადის თხევადიდან მყარ მდგომარეობაში. როგორც თხევადი, წყლის მოლეკულები მუდმივ მოძრაობაში არიან, ერთმანეთს ეჯახებიან და ერთმანეთთან თავს იკავებენ და დიდხანს აღარ რჩებიან ერთ ადგილზე. წყლის გაყინვისას, მოლეკულები ნელდება და იკავებს თავის ადგილს, რიგდება რეგულარულ წარმონაქმნებში, რომლებსაც კრისტალები ხედავთ. სუფთა წყლისთვის ეს უნდა მოხდეს ტემპერატურა 32 გრადუს ფარენგეიტამდე (ნულოვანი გრადუსი ცელსიუსით). ნებისმიერი ნივთიერებისათვის, ტემპერატურა, რომელზეც ხდება გაყინვა, დამოკიდებულია იმ ძალებზე, რომლებიც მის მოლეკულებს ერთმანეთთან აკავშირებს.

ყველა მოლეკულასა და ატომს აქვს ძალები, რომლებიც იზიდავს ერთმანეთს. ზოგიერთი ატომი, მაგალითად ნახშირბადი, ძლიერად იკავებს ერთმანეთს; სხვებს, მაგალითად ჰელიუმს, ძალზე მცირე მიმზიდველი ძალა აქვთ. ძლიერი მიმზიდველი ძალების მქონე ნივთიერებები ფარენგეიტის ათასობით გრადუსზე იყინება, ხოლო ისინი, ვისი ძალებიც სუსტია, მაგალითად, აზოტი, იყინებიან ძალიან ფრიად ტემპერატურაზე. წყლის მოლეკულებს შორის მოზიდვა ზომიერია - არც სუსტი და არც ძლიერი - ამიტომ წყალი იყინება ფარენგეიტის მოკრძალებულ 32 გრადუსზე.

თუ წყალს სხვა ნივთიერებებს დაამატებთ, მაგალითად შაქარს ან მარილს, ტემპერატურა 32 გრადუსზე დაბლა დაეცემა, სანამ ყინული დაიწყებს წარმოქმნას. გაყინვის ახალი წერტილი დამოკიდებულია დამატებულ ნივთიერებაზე და იმაზე, თუ რამდენს ურევთ წყალს და ამიტომაა, რომ ზოგიერთ შტატში ქალაქები მარილს აყრიან ზამთარში ყინულისა და თოვლის მოსაცილებლად. როგორც სხვა მაგალითი, არაყი, წყლისა და ალკოჰოლის ნარევი, საყინულეში შენახვისას თხევადი რჩება დიდი ხნის განმავლობაში. არყის სპირტი მნიშვნელოვნად ამცირებს გაყინვის წერტილს.

ნივთიერებების უმრავლესობა გაცივებისთანავე იკუმშება ან იკლებს მოცულობაში. წყალი მხოლოდ იკუმშება მანამ, სანამ არ დაიწევს 39 გრადუსამდე; უფრო ცივ ტემპერატურაზე, ის იწყებს გაფართოებას. წყლის გაცივებისთანავე, მისი მოლეკულები შენელდება და თავს იწყებს ისე, რომ ხარვეზები არსებობს მოლეკულების ჯგუფებს შორის. გაცივებისთანავე, მოლეკულები ქმნიან ექვსკუთხა შაბლონებს, რომლებიც საბოლოოდ გახდებიან ფიფქები და მასთან დაკავშირებული კრისტალები.

თუ ბოთლს მთლიანად ავსებთ წყლით, დალუქეთ იგი სახურავით, სანამ საყინულეში არ ჩადებთ, წყალი გაცივდება, რადგან უფრო ცივდება. საბოლოოდ, ყინული ააფეთქებს ბოთლს. ეს ეხება თუნდაც ძლიერი მასალებისგან დამზადებულ კონტეინერებს, როგორიცაა რკინა; წყლის გაყინვის შედეგად განხორციელებული წნევა 40 000 psi– ზეა მინუს 7,6 გრადუს ფარენგეიტზე (მინუს 22 გრადუსი ცელსიუსით).