Как замерзает вода?

Когда вода замерзает, она обычно переходит из жидкого в твердое состояние. Как жидкость, молекулы воды находятся в постоянном движении, натыкаясь и толкая друг друга и никогда не остаются надолго на одном месте. Когда вода замерзает, молекулы замедляются и оседают на месте, выстраиваясь в регулярные образования, которые вы видите как кристаллы. Для чистой воды температура должна упасть до 32 градусов по Фаренгейту (ноль градусов Цельсия), чтобы это произошло. Для любого вещества температура, при которой происходит замерзание, зависит от сил, заставляющих его молекулы слипаться.

Все молекулы и атомы обладают силами, притягивающими друг друга. Некоторые атомы, например углерод, очень сильно держатся друг за друга; другие, такие как гелий, обладают очень небольшой силой притяжения. Вещества с сильными силами притяжения замерзают при температуре в тысячи градусов по Фаренгейту, в то время как вещества со слабыми силами, такие как азот, замерзают при очень низких температурах. Притяжение между молекулами воды умеренное - ни слабое, ни сильное - поэтому вода замерзает при скромных 32 градусах по Фаренгейту.

Если вы добавите в воду другие вещества, например сахар или соль, температура упадет ниже 32 градусов, прежде чем начнется образование льда. Новая точка замерзания зависит от добавляемого вещества и от того, сколько вы смешиваете с водой, поэтому в некоторых штатах города добавляют соль на дороги, чтобы удалить лед и снег зимой. Другой пример: водка, смесь воды и спирта, остается жидкой в ​​течение длительного периода времени при хранении в морозильной камере. Алкоголь в водке значительно снижает температуру замерзания.

Большинство веществ сжимаются или уменьшаются в объеме по мере охлаждения. Вода сжимается только до тех пор, пока не опустится до 39 градусов; при более низких температурах он начинает расширяться. По мере того, как вода становится холоднее, ее молекулы замедляются и располагаются так, что между группами молекул возникают промежутки. По мере того, как они становятся холоднее, молекулы образуют гексагональные узоры, которые в конечном итоге становятся снежинками и связанными с ними кристаллами.

Если вы наполните бутылку полностью заполненной водой, а затем закройте ее крышкой перед тем, как положить в морозильную камеру, вода расширится по мере того, как станет холоднее. В конце концов лед лопнет бутылку. Это справедливо даже для емкостей из прочных материалов, таких как железо; давление замерзающей воды достигает 40 000 фунтов на квадратный дюйм при минус 7,6 градуса по Фаренгейту (минус 22 градуса по Цельсию).