Que se passe-t-il lorsqu'une tasse d'eau va au congélateur ?

Lorsqu’une tasse d’eau est placée au congélateur, plusieurs changements physiques et chimiques se produisent à mesure que l’eau refroidit et gèle. Voici ce qui se passe :

Refroidissement :

Lorsque la tasse entre dans le congélateur, l’air froid à l’intérieur commence à extraire la chaleur de l’eau. Les molécules d’eau ralentissent dans leur mouvement et leur énergie cinétique diminue. La température de l'eau commence à baisser.

Surfusion :

Dans certains cas, l’eau peut subir un phénomène appelé « surfusion ». Lorsque l’eau est refroidie en dessous de son point de congélation (0 degrés Celsius ou 32 degrés Fahrenheit) sans former de cristaux de glace, on dit qu’elle est surfondue. Cela peut se produire s’il n’y a pas de sites de nucléation, tels que des particules de poussière ou des rayures sur le récipient, où les cristaux de glace pourraient commencer à se développer.

Nucléation :

Finalement, la nucléation se produit et de minuscules cristaux de glace se forment autour des sites de nucléation dans l'eau. Les cristaux de glace initiaux peuvent être très petits, comme des aiguilles ou des grains microscopiques. Leur formation libère de la chaleur latente de fusion, qui est l’énergie nécessaire pour rompre les liaisons entre les molécules d’eau à l’état liquide.

Croissance cristalline :

À mesure que de nouveaux cristaux de glace se forment, ils continuent de croître selon un processus appelé « croissance cristalline ». Les molécules d’eau situées à côté des cristaux de glace sont attirées par leur structure ordonnée et rejoignent le réseau de glace en croissance, libérant ainsi davantage de chaleur latente. Ce processus de croissance se poursuit jusqu'à ce qu'une partie importante de l'eau se transforme en glace solide.

Transition de phases :

À mesure que de plus en plus de molécules d’eau sont incorporées dans les cristaux de glace, la transition de phase de l’eau liquide à la glace solide progresse. Le point de congélation de l'eau peut varier légèrement en fonction des conditions environnementales telles que la pression atmosphérique et les impuretés, mais cette transition se produit généralement autour du point de congélation (0 degrés Celsius ou 32 degrés Fahrenheit).

Extension :

Une propriété intéressante de l’eau est que sa densité diminue à mesure qu’elle gèle. Cela signifie que la glace est moins dense que l’eau liquide. Lorsque l’eau se transforme en glace, elle subit une légère expansion de volume, soit une augmentation d’environ 9 % par rapport à son état liquide. C’est souvent la raison pour laquelle des conduites d’eau éclatent ou des conteneurs extérieurs fissurés en cas de gel.

L’état final de la tasse d’eau est un mélange de cristaux de glace et d’eau liquide restante si toute l’eau n’est pas gelée. La quantité de glace formée dépend de la durée pendant laquelle l'eau reste dans le congélateur et des réglages de température.

Remarque :La vitesse de refroidissement et les conditions spécifiques à l'intérieur du congélateur, telles que la circulation de l'air et la stabilité de la température du congélateur, peuvent influencer l'apparence et la structure de la glace formée.