Hvað gerist þegar bolli af vatni fer í frystinn?

Þegar bolli af vatni er settur í frystinn verða nokkrar líkamlegar og efnafræðilegar breytingar þegar vatnið kólnar og frýs. Hér er það sem gerist:

Kæling:

Þegar bollinn kemur inn í frystinn byrjar kalda loftið inni að draga varma úr vatninu. Vatnssameindirnar hægja á hreyfingu og hreyfiorka þeirra minnkar. Hitastig vatnsins fer að lækka.

Ofurkæling:

Í sumum tilfellum getur vatn orðið fyrir fyrirbæri sem kallast „ofurkæling“. Þegar vatn er kælt niður fyrir frostmark (0 gráður á Celsíus eða 32 gráður á Fahrenheit) án þess að mynda ískristalla er sagt að það sé ofkælt. Þetta getur gerst ef það eru engir kjarnamyndunarstaðir, eins og rykagnir eða rispur á ílátinu, þar sem ískristallar geta byrjað að vaxa.

Kjarnamyndun:

Að lokum verður kjarnamyndun og örsmáir ískristallar myndast í kringum kjarnastaði í vatninu. Fyrstu ískristallarnir geta verið mjög litlir, eins og smásjár nálar eða korn. Myndun þeirra losar duldan samrunahita, sem er orkan sem þurfti til að rjúfa tengslin milli vatnssameinda í fljótandi ástandi.

Kristalvöxtur:

Eftir því sem fleiri ískristallar myndast halda þeir áfram að vaxa í gegnum ferli sem kallast "kristalvöxtur." Vatnssameindirnar við hlið ískristallanna dragast að skipulegri uppbyggingu þeirra og sameinast vaxandi ísgrindunum og gefa frá sér duldan hita. Þetta vaxtarferli heldur áfram þar til verulegur hluti vatnsins breytist í fastan ís.

Áfangaskipti:

Eftir því sem fleiri og fleiri vatnssameindir eru felldar inn í ískristallana, þróast fasaskiptin úr fljótandi vatni yfir í fastan ís. Frostmark vatns getur verið örlítið breytilegt eftir umhverfisaðstæðum eins og loftþrýstingi og óhreinindum, en venjulega eiga þessi umskipti sér stað í kringum frostmarkið (0 gráður á Celsíus eða 32 gráður á Fahrenheit).

Stækkun:

Áhugaverður eiginleiki vatns er að eðlismassi þess minnkar þegar það frýs. Þetta þýðir að ís er minna þétt en fljótandi vatn. Þegar vatn breytist í ís stækkar það lítillega í rúmmáli, um 9% aukning miðað við fljótandi ástand þess. Þetta er oft ástæðan fyrir sprungnum vatnsrörum eða sprungnum útiílátum við frostmark.

Lokaástand vatnsbollans er blanda af ískristöllum og fljótandi vatni sem eftir er ef ekki allt vatnið hefur frosið fast. Magn íss sem myndast fer eftir því hversu lengi vatnið er í frystinum og hitastillingum.

Athugið:Kælihraði og sérstakar aðstæður innan frystisins, svo sem loftflæði og stöðugleiki frystihita, geta haft áhrif á útlit og uppbyggingu íssins sem myndast.