Donma ve Moleküler Hareket
Su donduğunda genellikle sıvı halden katı hale geçer. Bir sıvı olarak su molekülleri sürekli hareket halindedir, birbirlerine çarpar ve iterler ve asla bir yerde uzun süre kalmazlar. Su donduğunda, moleküller yavaşlar ve yerlerine yerleşirler, kristaller olarak gördüğünüz düzenli oluşumlarda sıralanırlar. Bunun gerçekleşmesi için saf su için sıcaklığın 32 derece Fahrenheit'e (sıfır santigrat derece) düşmesi gerekir. Herhangi bir madde için, donmanın meydana geldiği sıcaklık, moleküllerini birbirine yapışmasını sağlayan kuvvetlere bağlıdır.
Yapışkan Moleküller ve Donma Noktası
Tüm moleküller ve atomlar birbirini çeken kuvvetlere sahiptir. Karbon gibi bazı atomlar birbirlerine çok güçlü tutunurlar; helyum gibi diğerleri çok az çekici güce sahiptir. Güçlü çekici kuvvetleri olan maddeler binlerce Fahrenhayt derecede donarken, nitrojen gibi kuvvetleri zayıf olanlar çok soğuk sıcaklıklarda donarlar. Su molekülleri arasındaki çekim orta düzeydedir - ne zayıf ne de güçlü - bu nedenle su mütevazı bir 32 derece Fahrenheit'te donar.
Donma Noktası Depresyonu
Suya şeker veya tuz gibi başka maddeler eklerseniz, buz oluşmaya başlamadan önce sıcaklık 32 derecenin altına düşer. Yeni donma noktası, eklenen maddeye ve suyla ne kadar karıştırdığınıza bağlıdır ve bu nedenle bazı eyaletlerde şehirler kışın buzu ve karı temizlemek için yollara tuz koyarlar. Başka bir örnek olarak, su ve alkol karışımı olan votka, dondurucuda tutulduğunda uzun süre sıvı halde kalır. Votkadaki alkol donma noktasını önemli ölçüde düşürür.
Donma, Genleşme ve Kristal Oluşumu
Çoğu madde soğudukça hacim olarak büzülür veya küçülür. Su sadece 39 dereceye düşene kadar büzülür; daha soğuk sıcaklıklarda, genişlemeye başlar. Su soğudukça, molekülleri yavaşlar ve molekül grupları arasında boşluklar olacak şekilde kendilerini düzenlerler. Soğudukça, moleküller sonunda kar taneleri ve ilgili kristaller haline gelen altıgen desenler oluşturur.
Buz Genişleme Kuvveti
Tamamen suyla dolu bir şişeyi doldurursanız ve dondurucuya koymadan önce bir kapakla kapatırsanız, su soğudukça genişler. Sonunda, buz şişeyi patlatacak. Bu, demir gibi güçlü malzemelerden yapılmış kaplar için bile geçerlidir; suyun dondurulmasıyla uygulanan basınç, eksi 7.6 derece Fahrenhayt'ta (eksi 22 santigrat derece) 40.000 psi kadar yüksektir.