Wanneer water bevriest, gaat het meestal van de vloeistof naar de vaste toestand. Als een vloeistof zijn watermoleculen constant in beweging, botsen en duwen elkaar en blijven nooit lang op dezelfde plaats. Wanneer het water bevriest, vertragen de moleculen en vallen op hun plaats, in een rij in regelmatige formaties die je als kristallen ziet. Voor zuiver water moet de temperatuur dalen tot 32 graden Fahrenheit (nul graden Celsius) om dit te laten gebeuren. Voor elke stof hangt de temperatuur waarbij bevriezing optreedt af van krachten die de moleculen aan elkaar laten kleven.

Kleverige moleculen en vriespunt

Alle moleculen en atomen hebben krachten die elkaar aantrekken. Sommige atomen, zoals koolstof, houden elkaar stevig vast; andere, zoals helium, hebben weinig aantrekkingskracht. Stoffen met sterke aantrekkende krachten bevriezen bij duizenden graden Fahrenheit, terwijl die met zwakke krachten, zoals stikstof, bevriezen bij zeer koude temperaturen. De aantrekkingskracht tussen watermoleculen is matig - noch zwak noch krachtig - dus bevriest water bij een bescheiden 32 graden Fahrenheit.

Stilstand depressie -

Als je andere stoffen toevoegt aan water, zoals suiker of zout, de temperatuur zakt onder 32 graden voordat ijs begint te vormen. Het nieuwe vriespunt is afhankelijk van de toegevoegde substantie en hoeveel je met water mengt, en dit is de reden waarom steden in sommige staten zout op de wegen zetten om in de winter ijs en sneeuw te verwijderen. Als een ander voorbeeld blijft wodka, een mengsel van water en alcohol, gedurende een langere periode vloeibaar wanneer het in een vriezer wordt bewaard. De alcohol in de wodka verlaagt het vriespunt aanzienlijk.

Invriezen, expansie en kristalvorming

De meeste stoffen krimpen, of krimpen in volume als ze verkouden worden. Water trekt alleen samen tot het wordt verlaagd naar 39 graden; bij lagere temperaturen begint het uit te zetten. Naarmate het water kouder wordt, vertragen de moleculen en regelen ze zichzelf zodanig dat er kloven bestaan ​​tussen groepen moleculen. Naarmate ze kouder worden, vormen de moleculen hexagonale patronen die uiteindelijk sneeuwvlokken en gerelateerde kristallen worden.

Kracht van ijsuitbreiding

Als je een fles helemaal gevuld met water vult, sluit je hem af met een deksel voordat het in een vriezer wordt geplaatst, zet het water uit als het kouder wordt. Uiteindelijk zal het ijs de fles doen barsten. Dit geldt zelfs voor containers gemaakt van sterke materialen zoals ijzer; de druk uitgeoefend door bevriezend water is zo hoog als 40.000 psi bij min 7,6 graden Fahrenheit (minus 22 graden Celsius).