Kā sasalst ūdens?

Kad ūdens sasalst, tas parasti pāriet no šķidruma cietā stāvoklī. Ūdens molekulas kā šķidrums atrodas pastāvīgā kustībā, sitās un grūstās viens pret otru un nekad ilgi nepaliek vienā vietā. Kad ūdens sasalst, molekulas palēninās un nosēžas savā vietā, ierindojoties regulāros veidojumos, kurus redzat kā kristālus. Tīram ūdenim temperatūrai ir jāsamazinās līdz 32 grādiem pēc Fārenheita (nulle grādi pēc Celsija). Jebkurai vielai sasalšanas temperatūra ir atkarīga no spēkiem, kas liek tās molekulām turēties kopā.

Visām molekulām un atomiem ir spēki, kas piesaista viens otru. Daži atomi, piemēram, ogleklis, ļoti stingri turas viens pie otra; citiem, piemēram, hēlijam, ir ļoti maz pievilcīga spēka. Vielas ar spēcīgiem pievilcīgiem spēkiem sasalst tūkstošiem Fārenheita grādu, turpretī tās, kuru spēki ir vāji, piemēram, slāpeklis, sasalst ļoti zemā temperatūrā. Piesaiste starp ūdens molekulām ir mērena - ne vāja, ne spēcīga -, tāpēc ūdens sasalst pieticīgos 32 grādos pēc Fārenheita.

Ja ūdenim pievienojat citas vielas, piemēram, cukuru vai sāli, pirms ledus veidošanās temperatūra nokrītas zem 32 grādiem. Jaunais sasalšanas punkts ir atkarīgs no pievienotās vielas un no tā, cik daudz jūs sajaucat ar ūdeni, un tāpēc pilsētas dažos štatos uz ceļiem liek sāli, lai ziemā noņemtu ledu un sniegu. Kā vēl viens piemērs, degvīns, ūdens un spirta maisījums, ilgstoši paliek šķidrs, ja to tur saldētavā. Degvīnā esošais spirts ievērojami pazemina sasalšanas temperatūru.

Lielākajai daļai vielu aukstuma laikā samazinās vai samazinās. Ūdens saraujas tikai līdz brīdim, kad tas tiek pazemināts līdz 39 grādiem; vēsākā temperatūrā tas sāk paplašināties. Kad ūdens kļūst vēsāks, tā molekulas palēninās un sakārtojas tā, lai starp molekulu grupām būtu atstarpes. Kad tās kļūst vēsākas, molekulas veido sešstūra rakstus, kas galu galā kļūst par sniegpārslām un ar tiem saistītiem kristāliem.

Ja jūs piepildāt pudeli, kas pilnībā piepildīta ar ūdeni, tad pirms ievietošanas saldētavā to aizvāko ar vāku, ūdens kļūst arvien aukstāks. Galu galā ledus pārsprāgs pudeli. Tas attiecas pat uz konteineriem, kas izgatavoti no stipriem materiāliem, piemēram, dzelzs; sasalšanas ūdens spiediens ir pat 40 000 psi pie mīnus 7,6 grādiem pēc Fārenheita (mīnus 22 grādi pēc Celsija).