Hvordan fryser vandet?

Når vandet fryser, passerer det normalt fra væsken til fast tilstand. Som væske er vandmolekyler i konstant bevægelse, støde og jostle hinanden og forbliver aldrig på ét sted for længe. Når vandet fryser, bremser molekylerne langsomt og sætter sig på plads, idet de opfører sig i regelmæssige formationer, som du ser som krystaller. For rent vand skal temperaturen falde til 32 grader Fahrenheit (nul grader Celsius) for at dette kan ske. For noget stof er temperaturen, hvor frysning opstår, afhængig af kræfter, som gør dets molekyler klæbe sammen.

Klæbende molekyler og frysepunkt

Alle molekyler og atomer har kræfter, som tiltrækker den ene til den anden. Nogle atomer, som f.eks. Kulstof, holder sig meget stærkt til hinanden; andre, som helium, har meget lidt attraktiv kraft. Stoffer med stærke attraktive kræfter fryser ved tusinder af grader Fahrenheit, mens de, hvis kræfter er svage, såsom nitrogen, fryser ved meget fugtige temperaturer. Tiltrækningen mellem vandmolekyler er moderat - hverken svag eller kraftig - så vandet fryser ved en beskeden 32 grader Fahrenheit.

Frysepunktdæmpning

Hvis du tilføjer andre stoffer til vand, f.eks. sukker eller salt, temperaturen falder under 32 grader, før is begynder at danne. Det nye frysepunkt afhænger af det tilsatte stof og hvor meget du blander med vand, og derfor sætter byer salt på vejene i nogle stater for at fjerne is og sne om vinteren. Som et andet eksempel forbliver vodka, en blanding af vand og alkohol, væske i længere tid, når de opbevares i en fryser. Alkoholen i vodka sænker frysepunktet betydeligt.

Frysning, udvidelse og krystaldannelse

De fleste stoffer kontraherer eller krymper, når de bliver kolde. Vand kun kontrakter, indtil det sænkes til 39 grader; ved koldere temperaturer begynder den at ekspandere. Som vandet bliver koldere, sænker dets molekyler og arrangerer sig sådan, at der findes huller mellem grupper af molekyler. Når de bliver koldere, danner molekylerne sekskantede mønstre, der til sidst bliver snefnug og beslægtede krystaller.

Force of Ice Expansion

Hvis du fylder en flaske helt fyldt med vand, forsegles det med et låg før det sættes i en fryser, udvides vandet som det bliver koldere. Til sidst vil isen briste flasken. Dette gælder også for beholdere fremstillet af stærke materialer som jern; trykket udøves af frysende vand er så højt som 40.000 psi ved minus 7,6 grader Fahrenheit (minus 22 grader Celsius).