1. Från störningar till beställning:
* flytande tillstånd: Molekyler i en vätska är relativt långt ifrån varandra och rör sig fritt och kolliderar ständigt med varandra. De har betydande kinetisk energi (rörelseenergi).
* frysning: När en vätska svalnar förlorar dess molekyler kinetisk energi och sakta ner. De svagare intermolekylära krafterna (som van der Waals -krafter eller vätebindningar) som normalt bara orsakar tillfälliga attraktioner blir nu starkare.
* Kristallisation: Molekylerna börjar ordna sig till ett mycket ordnat, upprepande mönster som kallas ett kristallgitter. Denna struktur minimerar systemets potentiella energi.
2. Intermolekylära krafters roll:
* attraktion: Styrkan hos intermolekylära krafter mellan molekyler bestämmer fryspunkten för ett ämne. Starkare krafter leder till högre fryspunkter. Till exempel har vatten en relativt hög fryspunkt på grund av starka vätebindningar mellan dess molekyler.
* gitterbildning: Det specifika arrangemanget av molekyler inom kristallgitteret dikteras av typen och styrkan hos intermolekylära krafter. Olika ämnen bildar olika kristallstrukturer.
3. Energiförändringar:
* exoterm process: Frysning är en exoterm process, vilket innebär att värme frigörs från ämnet när det förändrar tillstånd. Denna värme är den energi som tidigare lagrades i molekylerna i flytande tillstånd.
* entalpi av fusion: Mängden värme som frigörs under frysning kallas fusionens entalpi. Det är samma mängd värme som krävs för att smälta samma mängd av ämnet.
4. Exempel:
* Vatten: Vattenmolekyler bildar ett hexagonalt kristallgitter med vätebindningar som håller dem ihop.
* metaller: Metallatomer ordnar sig i ett tätt packat, regelbundet gitter.
* gaser: Många gaser, som kväve och syre, blir vätskor och sedan fasta ämnen vid extremt låga temperaturer.
5. Undantag:
* amorfa fasta ämnen: Vissa ämnen, som glas, fryser utan att bilda ett kristallgitter. Deras molekyler blir mindre mobila men ordna sig inte i ett regelbundet mönster.
* SuperCooling: Under vissa förhållanden kan en vätska kylas under dess fryspunkt utan frysning. Detta kallas superkylning och är ett metastabelt tillstånd.
I huvudsak är frysning en dramatisk förändring i ett molekylbeteende hos ett ämne. Molekyler går från ett ostört, högenergitillstånd till ett mycket ordnat, lågenergitillstånd, drivet av styrkan hos intermolekylära krafter och frisättning av värmeenergi.
