Šaldymas ir molekulinis judėjimas
Kai vanduo užšąla, jis paprastai pereina iš skysčio į kietą būseną. Vandens molekulės, būdamos skysčio, yra nuolat judamos, daužosi ir stumdosi viena kitą ir niekada ilgai neužsibūna vienoje vietoje. Kai vanduo užšąla, molekulės sulėtėja ir nusėda į savo vietą, išsidėstydamos taisyklingose formacijose, kurias matote kaip kristalus. Kad tai įvyktų, gryno vandens temperatūra turi nukristi iki 32 laipsnių Fahrenheito (nulio laipsnių Celsijaus). Bet kurios medžiagos užšalimo temperatūra priklauso nuo jėgų, kurios priverčia jos molekules sulipti.
Lipnios molekulės ir užšalimo taškas
Visos molekulės ir atomai turi jėgas, kurios traukia viena kitą. Kai kurie atomai, pavyzdžiui, anglis, labai stipriai laikosi vienas kito; kiti, pavyzdžiui, helis, turi labai mažai patrauklios jėgos. Medžiagos, turinčios stiprių patrauklių jėgų, užšąla tūkstančiais Fahrenheito laipsnių, tuo tarpu tos, kurių jėgos yra silpnos, pavyzdžiui, azotas, užšąla esant labai šaltai temperatūrai. Trauka tarp vandens molekulių yra vidutinė - nei silpna, nei stipri - todėl vanduo užšąla kukliai - 32 laipsniai pagal Celsijų.
Užšalimo taško depresija
Jei į vandenį įlašinsite kitų medžiagų, tokių kaip cukrus ar druska, prieš pradedant formuotis ledui temperatūra nukrinta žemiau 32 laipsnių. Naujas užšalimo taškas priklauso nuo pridėtos medžiagos ir nuo to, kiek sumaišysite su vandeniu, todėl miestai kai kuriose valstijose ant kelių deda druskos, kad žiemą pašalintų ledą ir sniegą. Kitas pavyzdys - degtinė, vandens ir alkoholio mišinys, ilgą laiką išlieka skysta, kai laikoma šaldiklyje. Degtinėje esantis alkoholis žymiai sumažina užšalimo temperatūrą.
Užšalimas, išsiplėtimas ir kristalų susidarymas
Daugumos medžiagų šaltis susitraukia arba susitraukia. Vanduo susitraukia tik tol, kol jis nuleidžiamas iki 39 laipsnių; esant šaltesnei temperatūrai, jis pradeda plėstis. Kai vanduo tampa šaltesnis, jo molekulės sulėtėja ir susitvarko taip, kad tarp molekulių grupių būtų spragų. Šaltėjant molekulės suformuoja šešiakampius raštus, kurie ilgainiui tampa snaigėmis ir susijusiais kristalais.
Ledo išsiplėtimo jėga
Jei pripildote butelį, pripildytą vandens, prieš uždėdami į šaldiklį, jį uždarykite dangteliu. Vėsėjant vanduo išsiplečia. Galų gale ledas sprogs butelį. Tai pasakytina net apie konteinerius, pagamintus iš stiprių medžiagų, tokių kaip geležis; užšalusio vandens slėgis siekia 40 000 psi, esant minus 7,6 laipsnių pagal Celsijų (minus 22 laipsniai Celsijaus).
