Cum îngheață apa?

Când apa îngheață, de obicei trece de la lichid la starea solidă. Ca lichid, moleculele de apă sunt în continuă mișcare, lovindu-se și împingându-se reciproc și nu rămân niciodată într-un singur loc pentru mult timp. Când apa îngheață, moleculele încetinesc și se așează la locul lor, aliniate în formațiuni regulate pe care le vedeți ca cristale. Pentru apa pură, temperatura trebuie să scadă la 32 grade Fahrenheit (zero grade Celsius) pentru ca acest lucru să se întâmple. Pentru orice substanță, temperatura la care are loc înghețarea depinde de forțele care fac ca moleculele sale să se lipească.

Toate moleculele și atomii au forțe care îi atrag una pe cealaltă. Unii atomi, precum carbonul, se țin foarte puternic unul de celălalt; altele, cum ar fi heliul, au o forță atractivă foarte mică. Substanțele cu forțe atractive puternice îngheață la mii de grade Fahrenheit, în timp ce cele ale căror forțe sunt slabe, cum ar fi azotul, îngheață la temperaturi foarte înghețate. Atracția dintre moleculele de apă este moderată - nici slabă, nici puternică - astfel încât apa îngheață la o temperatură modestă de 32 de grade Fahrenheit.

Dacă adăugați alte substanțe în apă, cum ar fi zahărul sau sarea, temperatura scade sub 32 de grade înainte ca gheața să înceapă să se formeze. Noul punct de îngheț depinde de substanța adăugată și de cât de mult amestecați cu apă și de aceea orașele pun sare pe drumurile din unele state pentru a îndepărta gheața și zăpada în timpul iernii. Ca un alt exemplu, vodca, un amestec de apă și alcool, rămâne lichidă pentru o perioadă îndelungată atunci când este păstrată într-un congelator. Alcoolul din vodcă scade semnificativ punctul de îngheț.

Majoritatea substanțelor se contractă sau se micșorează în volum pe măsură ce se răcesc. Apa se contractă numai până când este coborâtă la 39 de grade; la temperaturi mai reci, începe să se extindă. Pe măsură ce apa devine mai rece, moleculele sale încetinesc și se aranjează astfel încât să existe goluri între grupurile de molecule. Pe măsură ce se răcesc, moleculele formează modele hexagonale care în cele din urmă devin fulgi de zăpadă și cristale conexe.

Dacă umpleți o sticlă complet umplută cu apă, apoi sigilați-o cu un capac înainte de ao pune într-un congelator, apa se extinde pe măsură ce se răcește. În cele din urmă, gheața va sparge sticla. Acest lucru este valabil chiar și pentru containerele din materiale puternice, cum ar fi fierul; presiunea exercitată de înghețarea apei este de până la 40.000 psi la minus 7.6 grade Fahrenheit (minus 22 grade Celsius).