Zmrazenie a molekulárny pohyb
Keď voda zamrzne, zvyčajne prechádza z kvapalného do tuhého stavu. Molekuly vody sú ako kvapalina v neustálom pohybe, navzájom sa hrajú a strkajú a nikdy nezostanú dlho na jednom mieste. Keď voda zamrzne, molekuly sa spomalia a usadia sa na svojom mieste, zoradené v pravidelných formáciách, ktoré vidíte ako kryštály. Aby sa to stalo, musí v prípade čistej vody teplota klesnúť na 32 stupňov Fahrenheita (0 stupňov Celzia). Pre každú látku závisí teplota, pri ktorej dôjde k zamrznutiu, od síl, vďaka ktorým sa jej molekuly zlepia.
Lepkavé molekuly a bod mrazu
Všetky molekuly a atómy majú sily, ktoré priťahujú jednu k druhej. Niektoré atómy, napríklad uhlík, sa navzájom veľmi silno držia; iné, napríklad hélium, majú veľmi malú príťažlivú silu. Látky so silnými príťažlivými silami mrznú na tisíce stupňov Fahrenheita, zatiaľ čo tie, ktorých sily sú slabé, ako napríklad dusík, mrznú pri veľmi mrazivých teplotách. Príťažlivosť medzi molekulami vody je mierna - ani slabá, ani silná - takže voda zamŕza pri miernych 32 stupňoch Fahrenheita.
Depresia bodu mrazu
Ak do vody pridáte ďalšie látky, napríklad cukor alebo soľ, teplota klesne pod 32 stupňov, skôr ako sa začne vytvárať ľad. Nový bod mrazu závisí od pridanej látky a od toho, koľko vody zmiešate s vodou. Preto mestá v niektorých štátoch dávajú na cesty soli, aby v zime odstránili ľad a sneh. Ďalším príkladom je vodka, zmes vody a alkoholu, ktorá zostane v mrazničke dlhšie tekutá. Alkohol vo vodke významne znižuje bod tuhnutia.
Mrazenie, expanzia a tvorba kryštálov
Väčšina látok sa pri ochladení zmenšuje alebo zmenšuje na objeme. Voda sa iba zmršťuje, kým nie je znížená na 39 stupňov; pri chladnejších teplotách sa začína rozširovať. Ako voda chladne, jej molekuly sa spomaľujú a usporadúvajú sa tak, že medzi skupinami molekúl existujú medzery. Keď sa ochladia, molekuly vytvárajú šesťuholníkové vzory, ktoré sa nakoniec stanú snehovými vločkami a súvisiacimi kryštálmi.
Sila expanzie ľadu
Ak naplníte fľašu úplne naplnenú vodou, pred vložením do mrazničky ju utesnite viečkom. Voda sa pri ochladení roztiahne. Nakoniec fľašu rozbije ľad. To platí aj pre nádoby vyrobené z pevných materiálov, ako je železo; tlak vyvíjaný zamŕzajúcou vodou je až 40 000 psi pri mínus 7,6 stupňov Fahrenheita (mínus 22 stupňov Celzia).