Hva skjer når en kopp vann går i fryseren?

Når en kopp vann settes i fryseren, skjer det flere fysiske og kjemiske endringer når vannet avkjøles og fryser. Her er hva som skjer:

Kjøling:

Når koppen kommer inn i fryseren, begynner den kalde luften inne å trekke varme fra vannet. Vannmolekylene bremser ned i bevegelsen, og deres kinetiske energi avtar. Temperaturen på vannet begynner å synke.

Superkjøling:

I noen tilfeller kan vann gjennomgå et fenomen som kalles "superkjøling". Når vann avkjøles under frysepunktet (0 grader Celsius eller 32 grader Fahrenheit) uten å danne iskrystaller, sies det å være superkjølt. Dette kan skje hvis det ikke er noen kjernedannelsessteder, for eksempel støvpartikler eller riper på beholderen, hvor iskrystaller kan begynne å vokse.

Kjerning:

Til slutt oppstår kjernedannelse, og det dannes små iskrystaller rundt kjernedannelsessteder i vannet. De første iskrystallene kan være veldig små, som mikroskopiske nåler eller korn. Dannelsen deres frigjør latent fusjonsvarme, som er energien som var nødvendig for å bryte bindingene mellom vannmolekyler i flytende tilstand.

Krystallvekst:

Etter hvert som flere iskrystaller dannes, fortsetter de å vokse gjennom en prosess som kalles «krystallvekst». Vannmolekylene ved siden av iskrystallene tiltrekkes av deres ordnede struktur og slutter seg til det voksende isgitteret, og frigjør mer latent varme. Denne vekstprosessen fortsetter til en betydelig del av vannet forvandles til fast is.

Faseovergang:

Etter hvert som flere og flere vannmolekyler inkorporeres i iskrystallene, går faseovergangen fra flytende vann til fast is. Vannets frysepunkt kan variere litt basert på miljøforhold som lufttrykk og urenheter, men vanligvis skjer denne overgangen rundt frysepunktet (0 grader Celsius eller 32 grader Fahrenheit).

Utvidelse:

En interessant egenskap ved vann er at dens tetthet avtar når det fryser. Dette betyr at is er mindre tett enn flytende vann. Når vann blir til is, gjennomgår det en liten utvidelse i volum, omtrent 9 % økning sammenlignet med flytende tilstand. Dette er ofte årsaken til sprengte vannrør eller sprukne utendørsbeholdere under fryseforhold.

Den endelige tilstanden til koppen med vann er en blanding av iskrystaller og gjenværende flytende vann hvis ikke alt vannet har frosset fast. Mengden is som dannes avhenger av hvor lenge vannet står i fryseren og temperaturinnstillingene.

Merk:Avkjølingshastigheten og de spesifikke forholdene i fryseren, som luftsirkulasjon og frysetemperaturstabilitet, kan påvirke utseendet og strukturen til isen som dannes.