Kas nutinka, kai puodukas vandens patenka į šaldiklį?

Kai puodelis vandens įdedamas į šaldiklį, vandeniui atvėstant ir užšąstant įvyksta keletas fizinių ir cheminių pokyčių. Štai kas nutinka:

Vėsinimas:

Kai puodelis patenka į šaldiklį, viduje esantis šaltas oras pradeda ištraukti šilumą iš vandens. Vandens molekulių judėjimas sulėtėja, o jų kinetinė energija mažėja. Vandens temperatūra pradeda kristi.

Per didelis aušinimas:

Kai kuriais atvejais vanduo gali patirti reiškinį, vadinamą „peršalimu“. Kai vanduo atšaldomas žemiau užšalimo taško (0 laipsnių Celsijaus arba 32 laipsniai pagal Farenheitą), nesudarant ledo kristalų, jis yra peršalęs. Taip gali nutikti, jei ant talpyklos nėra branduolio susidarymo vietų, pvz., dulkių dalelių ar įbrėžimų, kur gali pradėti augti ledo kristalai.

Branduolių susidarymas:

Galiausiai įvyksta branduolių susidarymas, o aplink branduolio susidarymo vietas vandenyje susidaro mažyčiai ledo kristalai. Pradiniai ledo kristalai gali būti labai maži, pavyzdžiui, mikroskopinės adatos ar grūdeliai. Jų susidarymas išskiria latentinę sintezės šilumą, kuri yra energija, reikalinga skystos būsenos vandens molekulių ryšiams nutraukti.

Krištolų augimas:

Kai susidaro daugiau ledo kristalų, jie toliau auga per procesą, vadinamą „kristalų augimu“. Šalia ledo kristalų esančias vandens molekules traukia tvarkinga jų struktūra ir prisijungia prie augančios ledo gardelės, išskirdamos daugiau latentinės šilumos. Šis augimo procesas tęsiasi tol, kol didelė vandens dalis virsta kietu ledu.

Fazės perėjimas:

Į ledo kristalus įtraukiant vis daugiau vandens molekulių, vyksta fazinis perėjimas iš skysto vandens į kietą ledą. Vandens užšalimo temperatūra gali šiek tiek skirtis atsižvelgiant į aplinkos sąlygas, pvz., oro slėgį ir priemaišas, tačiau paprastai šis perėjimas įvyksta maždaug užšalimo taške (0 laipsnių Celsijaus arba 32 laipsniai pagal Farenheitą).

Išplėtimas:

Įdomi vandens savybė yra ta, kad užšalus jo tankis mažėja. Tai reiškia, kad ledas yra mažiau tankus nei skystas vanduo. Kai vanduo virsta ledu, jo tūris šiek tiek padidėja, maždaug 9 %, palyginti su skysta būsena. Dėl šios priežasties dažnai plyšta vandens vamzdžiai arba įtrūkę lauko konteineriai užšalimo sąlygomis.

Galutinė vandens puodelio būsena yra ledo kristalų ir likusio skysto vandens mišinys, jei ne visas vanduo yra užšalęs. Susidarančio ledo kiekis priklauso nuo to, kiek laiko vanduo paliekamas šaldiklyje, ir nuo temperatūros nustatymų.

Pastaba:aušinimo greitis ir specifinės sąlygos šaldiklyje, pvz., oro cirkuliacija ir šaldiklio temperatūros stabilumas, gali turėti įtakos susidariusio ledo išvaizdai ir struktūrai.