동결 및 분자 운동
물이 얼면 일반적으로 액체에서 고체 상태로 이동합니다. 액체로서 물 분자는 끊임없이 움직이고 서로 부딪 히고 부딪히며 한곳에 오래 머물지 않습니다. 물이 얼면 분자가 느려지고 제자리에 자리 잡아 결정처럼 보이는 규칙적인 형태로 정렬됩니다. 순수한 물의 경우 온도가 화씨 32도 (섭씨 0도)까지 내려 가야합니다. 모든 물질에 대해 동결이 발생하는 온도는 분자를 서로 달라 붙게 만드는 힘에 따라 달라집니다.
끈적 끈적한 분자와 어는점
모든 분자와 원자는 서로를 끌어 당기는 힘을 가지고 있습니다. 탄소와 같은 일부 원자는 서로를 매우 강하게 붙잡습니다. 헬륨과 같은 다른 것들은 인력이 거의 없습니다. 강한 인력을 가진 물질은 화씨 수천도에서 동결되는 반면, 질소와 같이 힘이 약한 물질은 매우 추운 온도에서 동결됩니다. 물 분자 사이의 인력은 약하거나 강력하지 않은 중간 정도이므로 물은 화씨 32도에서 얼어 붙습니다.
어는점 우울증
물에 설탕이나 소금과 같은 다른 물질을 첨가하면 얼음이 형성되기 전에 온도가 32도 이하로 떨어집니다. 새로운 어는점은 첨가 된 물질과 물과 얼마나 섞이 느냐에 따라 달라지며, 이것이 도시가 겨울에 얼음과 눈을 제거하기 위해 일부 주에서 도로에 소금을 넣는 이유입니다. 또 다른 예로, 물과 알코올의 혼합물 인 보드카는 냉동실에 보관할 때 장기간 액체 상태를 유지합니다. 보드카의 알코올은 빙점을 상당히 낮 춥니 다.
동결, 팽창 및 결정 형성
대부분의 물질은 차가워지면 부피가 줄어들거나 줄어 듭니다. 물은 39 도로 낮아질 때까지만 수축합니다. 더 낮은 온도에서는 팽창하기 시작합니다. 물이 차가워지면 분자가 느려지고 분자 그룹 사이에 틈이 생기도록 배열됩니다. 더 차가워지면 분자는 육각형 패턴을 형성하여 결국 눈송이 및 관련 결정이됩니다.
얼음 팽창의 힘
병에 물을 완전히 채운 다음 뚜껑을 닫은 다음 냉동실에 넣기 전에 물이 차가워 질수록 팽창합니다. 결국 얼음이 병을 터뜨릴 것입니다. 철과 같은 강한 재료로 만들어진 용기의 경우에도 마찬가지입니다. 냉동 수에 의해 가해지는 압력은 섭씨 영하 7.6도 (섭씨 영하 22도)에서 40,000psi까지 높습니다.