Заморожування та молекулярний рух
Коли вода замерзає, вона зазвичай переходить з рідкого в твердий стан. Як рідина, молекули води перебувають у постійному русі, стикаючись і штовхаючись один з одним і ніколи не затримуючись на одному місці довго. Коли вода замерзає, молекули сповільнюються і осідають на свої місця, вишикуючись у регулярні утворення, які ви бачите як кристали. Для чистої води температура повинна впасти до 32 градусів за Фаренгейтом (нуль градусів Цельсія), щоб це сталося. Для будь-якої речовини температура, при якій відбувається замерзання, залежить від сил, які змушують її молекули злипатися.
Клейкі молекули та точка замерзання
Всі молекули та атоми мають сили, які притягують одну до іншої. Деякі атоми, наприклад вуглець, дуже міцно тримаються один за одного; інші, такі як гелій, мають дуже малу силу привабливості. Речовини з сильними силами притягання замерзають при тисячах градусів за Фаренгейтом, тоді як ті, сили яких слабкі, наприклад азот, замерзають при дуже морозних температурах. Притягання між молекулами води помірне - ні слабке, ні потужне - тому вода замерзає при скромних 32 градусах Фаренгейта.
Депресія точки замерзання
Якщо додати у воду інші речовини, такі як цукор або сіль, температура опускається нижче 32 градусів, перш ніж починає утворюватися лід. Нова точка замерзання залежить від доданої речовини та від того, скільки ви змішуєте з водою, і саме тому міста покладають сіль на дороги в деяких штатах для видалення льоду та снігу взимку. Як інший приклад, горілка, суміш води та спирту, залишається рідиною протягом тривалого періоду, коли її тримають у морозильній камері. Спирт у горілці значно знижує температуру замерзання.
Заморожування, розширення та утворення кристалів
Більшість речовин скорочуються або зменшуються в обсязі, коли вони охолоджуються. Вода стискається лише до тих пір, поки вона не опуститься до 39 градусів; при більш холодних температурах він починає розширюватися. Коли вода стає холоднішою, її молекули сповільнюються і влаштовуються так, що між групами молекул існують проміжки. Охолоджуючись, молекули утворюють гексагональні візерунки, які з часом стають сніжинками та спорідненими кристалами.
Сила розширення льоду
Якщо ви наповнили пляшку водою повністю, закрийте її кришкою перед тим, як помістити в морозильну камеру. Вода розширюється, коли вона стає холоднішою. Згодом лід розірве пляшку. Це справедливо навіть для контейнерів з міцних матеріалів, таких як залізо; тиск, який чинить замерзаюча вода, сягає 40 000 фунтів на квадратний дюйм при мінус 7,6 градусів за Фаренгейтом (мінус 22 градуси Цельсія).