Što se događa kada šalica vode ode u zamrzivač?

Kada se šalica vode stavi u zamrzivač, događa se nekoliko fizičkih i kemijskih promjena kako se voda hladi i smrzava. Evo što se događa:

Hlađenje:

Kako šalica ulazi u zamrzivač, hladan zrak iznutra počinje izvlačiti toplinu iz vode. Molekule vode usporavaju svoje kretanje, a njihova kinetička energija se smanjuje. Temperatura vode počinje padati.

Superhlađenje:

U nekim slučajevima voda može doživjeti fenomen koji se naziva "superhlađenje". Kada se voda ohladi ispod svoje točke smrzavanja (0 stupnjeva Celzijusa ili 32 stupnja Fahrenheita) bez stvaranja kristala leda, kaže se da je prehlađena. To se može dogoditi ako nema mjesta nukleacije, kao što su čestice prašine ili ogrebotine na spremniku, gdje mogu početi rasti kristali leda.

Nukleacija:

Na kraju dolazi do nukleacije, a oko mjesta nukleacije u vodi stvaraju se sićušni kristali leda. Početni kristali leda mogu biti vrlo mali, poput mikroskopskih iglica ili zrnaca. Njihovim stvaranjem oslobađa se latentna toplina taljenja, a to je energija koja je bila potrebna za kidanje veza između molekula vode u tekućem stanju.

Rast kristala:

Što se više kristala leda formira, oni nastavljaju rasti kroz proces koji se naziva "rast kristala". Molekule vode pored kristala leda privlače svoju urednu strukturu i pridružuju se rastućoj rešetki leda, oslobađajući više latentne topline. Ovaj proces rasta se nastavlja sve dok se značajan dio vode ne pretvori u čvrsti led.

Fazni prijelaz:

Kako se sve više i više molekula vode ugrađuje u kristale leda, fazni prijelaz iz tekuće vode u čvrsti led napreduje. Točka smrzavanja vode može neznatno varirati ovisno o uvjetima okoline kao što su tlak zraka i nečistoće, ali obično se ovaj prijelaz događa oko točke smrzavanja (0 stupnjeva Celzijusa ili 32 stupnja Fahrenheita).

Proširenje:

Zanimljivo svojstvo vode je da se njezina gustoća smanjuje smrzavanjem. To znači da je led manje gustoće od tekuće vode. Dok se voda pretvara u led, prolazi kroz lagano širenje volumena, oko 9% povećanja u usporedbi s tekućim stanjem. To je često razlog za pucanje vodovodnih cijevi ili napuknute vanjske posude tijekom smrzavanja.

Konačno stanje šalice vode je mješavina ledenih kristala i preostale tekuće vode ako nije sva voda smrznuta. Količina nastalog leda ovisi o tome koliko dugo je voda ostavljena u zamrzivaču i postavkama temperature.

Napomena:Brzina hlađenja i specifični uvjeti unutar zamrzivača, kao što su cirkulacija zraka i stabilnost temperature zamrzivača, mogu utjecati na izgled i strukturu nastalog leda.