Hvordan fryser vann?

Når vann fryser, passerer det vanligvis fra væsken til fast tilstand. Som væske er vannmolekyler i konstant bevegelse, støter og støter hverandre og blir aldri på et sted lenge. Når vann fryser, reduseres molekylene og setter seg på plass, og stiller seg opp i vanlige formasjoner du ser på som krystaller. For rent vann, må temperaturen synke til 32 grader Fahrenheit (null grader Celsius) for at dette skal skje. For ethvert stoff er temperaturen der frysing oppstår avhengig av krefter som får molekylene til å holde seg sammen.

Alle molekyler og atomer har krefter som tiltrekker den ene til den andre. Noen atomer, som karbon, holder veldig sterkt på hverandre; andre, for eksempel helium, har svært lite attraktiv kraft. Stoffer med sterke tiltrekningskrefter fryser ved tusenvis av grader Fahrenheit, mens de hvis krefter er svake, for eksempel nitrogen, fryser ved veldig iskalde temperaturer. Tiltrekningen mellom vannmolekyler er moderat - verken svak eller kraftig - så vannet fryser ved beskjedne 32 grader Fahrenheit.

Hvis du tilfører andre stoffer til vann, som sukker eller salt, faller temperaturen under 32 grader før is begynner å danne seg. Det nye frysepunktet avhenger av stoffet som er tilsatt og hvor mye du blander med vann, og det er derfor byene legger salt på veiene i noen stater for å fjerne is og snø om vinteren. Som et annet eksempel forblir vodka, en blanding av vann og alkohol, flytende i lengre tid når den oppbevares i fryser. Alkoholen i vodka senker frysepunktet betydelig.

De fleste stoffer trekker seg sammen, eller krymper, i volum når de blir kalde. Vann trekker seg bare sammen til det er senket til 39 grader; ved kaldere temperaturer begynner den å utvide seg. Når vannet blir kaldere, reduseres molekylene og ordner seg slik at det eksisterer hull mellom molekylgruppene. Når de blir kaldere, danner molekylene sekskantede mønstre som til slutt blir snøfnugg og relaterte krystaller.

Hvis du fyller en flaske helt fylt med vann, forsegler du den med et lokk før du legger den i en fryser. Vannet utvides når det blir kaldere. Etter hvert vil isen sprekke flasken. Dette gjelder selv for containere laget av sterke materialer som jern; trykket som utøves av frysende vann er så høyt som 40.000 psi ved minus 7.6 grader Fahrenheit (minus 22 grader Celsius).