Τι συμβαίνει όταν ένα φλιτζάνι νερό μπει στην κατάψυξη;

Όταν ένα φλιτζάνι νερό τοποθετείται στην κατάψυξη, συμβαίνουν αρκετές φυσικές και χημικές αλλαγές καθώς το νερό κρυώνει και παγώνει. Να τι συμβαίνει:

Ψύξη:

Καθώς το φλιτζάνι μπαίνει στην κατάψυξη, ο κρύος αέρας μέσα αρχίζει να εξάγει θερμότητα από το νερό. Τα μόρια του νερού επιβραδύνουν στην κίνησή τους και η κινητική τους ενέργεια μειώνεται. Η θερμοκρασία του νερού αρχίζει να πέφτει.

Υπερψύξη:

Σε ορισμένες περιπτώσεις, το νερό μπορεί να υποστεί ένα φαινόμενο που ονομάζεται «υπερψύξη». Όταν το νερό ψύχεται κάτω από το σημείο πήξης του (0 βαθμοί Κελσίου ή 32 βαθμοί Φαρενάιτ) χωρίς να σχηματίσει κρυστάλλους πάγου, λέγεται ότι υπερψύχεται. Αυτό μπορεί να συμβεί εάν δεν υπάρχουν θέσεις πυρήνωσης, όπως σωματίδια σκόνης ή γρατσουνιές στο δοχείο, όπου μπορούν να αρχίσουν να αναπτύσσονται κρύσταλλοι πάγου.

Πυρήνωση:

Τελικά, εμφανίζεται πυρήνωση και μικροσκοπικοί κρύσταλλοι πάγου σχηματίζονται γύρω από τις θέσεις πυρήνων στο νερό. Οι αρχικοί κρύσταλλοι πάγου μπορεί να είναι πολύ μικροί, όπως μικροσκοπικές βελόνες ή κόκκοι. Ο σχηματισμός τους απελευθερώνει λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης, η οποία είναι η ενέργεια που απαιτούνταν για να σπάσουν οι δεσμοί μεταξύ των μορίων του νερού σε υγρή κατάσταση.

Crystal Growth:

Καθώς σχηματίζονται περισσότεροι κρύσταλλοι πάγου, συνεχίζουν να αναπτύσσονται μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται «ανάπτυξη κρυστάλλων». Τα μόρια του νερού δίπλα στους κρυστάλλους πάγου έλκονται από την τακτική δομή τους και ενώνονται με το αναπτυσσόμενο πλέγμα πάγου, απελευθερώνοντας περισσότερη λανθάνουσα θερμότητα. Αυτή η διαδικασία ανάπτυξης συνεχίζεται έως ότου ένα σημαντικό μέρος του νερού μεταμορφωθεί σε στερεό πάγο.

Μετάβαση φάσης:

Καθώς όλο και περισσότερα μόρια νερού ενσωματώνονται στους παγοκρυστάλλους, η μετάβαση φάσης από υγρό νερό σε στερεό πάγο προχωρά. Το σημείο πήξης του νερού μπορεί να ποικίλλει ελαφρώς ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες όπως η πίεση του αέρα και οι ακαθαρσίες, αλλά συνήθως αυτή η μετάβαση συμβαίνει γύρω από το σημείο πήξης (0 βαθμοί Κελσίου ή 32 βαθμοί Φαρενάιτ).

Επέκταση:

Μια ενδιαφέρουσα ιδιότητα του νερού είναι ότι η πυκνότητά του μειώνεται καθώς παγώνει. Αυτό σημαίνει ότι ο πάγος είναι λιγότερο πυκνός από το υγρό νερό. Καθώς το νερό μετατρέπεται σε πάγο, υφίσταται μια μικρή διαστολή σε όγκο, περίπου 9% αύξηση σε σύγκριση με την υγρή του κατάσταση. Αυτός είναι συχνά ο λόγος πίσω από το σκάσιμο των σωλήνων νερού ή τα ραγισμένα εξωτερικά δοχεία κατά τις συνθήκες παγώματος.

Η τελική κατάσταση του φλιτζανιού νερού είναι ένα μείγμα κρυστάλλων πάγου και εναπομείναντος υγρού νερού, αν δεν έχει όλο το νερό παγωμένο στερεό. Η ποσότητα του πάγου που σχηματίζεται εξαρτάται από το πόσο καιρό παραμένει το νερό στην κατάψυξη και τις ρυθμίσεις θερμοκρασίας.

Σημείωση:Ο ρυθμός ψύξης και οι ειδικές συνθήκες μέσα στον καταψύκτη, όπως η κυκλοφορία του αέρα και η σταθερότητα της θερμοκρασίας του καταψύκτη, μπορούν να επηρεάσουν την εμφάνιση και τη δομή του πάγου που σχηματίζεται.