När vatten fryser, passerar det vanligtvis från vätskan till det fasta tillståndet. Som en vätska är vattenmolekylerna i konstant rörelse, stöta och jostla varandra och aldrig stanna på ett ställe för länge. När vattnet fryser, släpper molekylerna långsamt och sätter sig på plats och klämmer upp i vanliga formationer som kristaller. För rent vatten måste temperaturen falla till 32 grader Fahrenheit (noll grader Celsius) för att detta ska ske. För alla ämnen är temperaturen vid vilken frysning sker beroende på krafter som gör att molekylerna håller sig fast.

Klibbiga molekyler och fryspunkt

Alla molekyler och atomer har krafter som lockar varandra. Vissa atomer, som kol, håller sig väldigt starka mot varandra. andra, som helium, har väldigt lite attraktiv kraft. Ämnen med starka attraktiva krafter fryser i tusentals grader Fahrenheit, medan de vars krafter är svaga, som kväve, fryser vid mycket fria temperaturer. Attraktionen mellan vattenmolekylerna är måttlig - varken svag eller kraftig - så att vatten fryser vid en blygsam 32 grader Fahrenheit.

Frysningspunktsdepression

Om du lägger till andra ämnen i vatten, t.ex. socker eller salt sjunker temperaturen under 32 grader innan is börjar börja bildas. Den nya fryspunkten beror på tillsatt ämne och hur mycket du blandar med vatten, och det är därför städer sätter salt på vägarna i vissa stater för att avlägsna is och snö på vintern. Som ett annat exempel förblir vodka, en blandning av vatten och alkohol, flytande under en längre period när den hålls i en frys. Alkoholen i vodka sänker fryspunkten betydligt.

Frysning, expansion och kristallbildning

De flesta ämnen sammandrag eller krymper i volym när de blir kalla. Vatten sträcker sig endast tills det sänks till 39 grader; vid kallare temperaturer börjar den expandera. När vattnet blir kallare saktar dess molekyler sig och ordnar sig så att luckor existerar mellan grupper av molekyler. När de blir kallare bildar molekylerna sexkantiga mönster som i slutändan blir snöflingor och besläktade kristaller.

Förstärkning av is Expansion

Om du fyller en flaska helt fylld med vatten, förseglar du det med ett lock innan det sätts in i en frys, expanderar vattnet som det blir kallare. Så småningom kommer isen att spränga flaskan. Detta gäller även för behållare av starka material som järn; trycket som utövas av fryst vatten är så hög som 40 000 psi vid minus 7,6 grader Fahrenheit (minus 22 grader Celsius).