Что произойдет, если чашка воды окажется в морозилке?

Когда чашку с водой помещают в морозильную камеру, по мере охлаждения и замерзания воды происходит ряд физических и химических изменений. Вот что происходит:

Охлаждение:

Когда чашка попадает в морозильную камеру, холодный воздух внутри начинает отбирать тепло из воды. Молекулы воды замедляются в своем движении, и их кинетическая энергия уменьшается. Температура воды начинает падать.

Переохлаждение:

В некоторых случаях вода может подвергаться явлению, называемому «переохлаждением». Когда вода охлаждается ниже точки замерзания (0 градусов по Цельсию или 32 градуса по Фаренгейту) без образования кристаллов льда, ее называют переохлажденной. Это может произойти, если на контейнере нет мест зародышеобразования, таких как частицы пыли или царапины, где могут начать расти кристаллы льда.

Нуклеация:

В конце концов, происходит нуклеация, и вокруг мест нуклеации в воде образуются крошечные кристаллы льда. Первоначальные кристаллы льда могут быть очень маленькими, похожими на микроскопические иголки или зерна. При их образовании выделяется скрытая теплота плавления, то есть энергия, необходимая для разрыва связей между молекулами воды в жидком состоянии.

Рост кристаллов:

По мере того, как образуется больше кристаллов льда, они продолжают расти в ходе процесса, называемого «ростом кристаллов». Молекулы воды рядом с кристаллами льда притягиваются к их упорядоченной структуре и присоединяются к растущей решетке льда, выделяя больше скрытого тепла. Этот процесс роста продолжается до тех пор, пока значительная часть воды не превратится в твердый лед.

Фазовый переход:

По мере того как все больше и больше молекул воды включается в кристаллы льда, происходит фазовый переход от жидкой воды к твердому льду. Точка замерзания воды может незначительно меняться в зависимости от условий окружающей среды, таких как давление воздуха и наличие примесей, но обычно этот переход происходит около точки замерзания (0 градусов по Цельсию или 32 градуса по Фаренгейту).

Расширение:

Интересное свойство воды заключается в том, что ее плотность уменьшается при замерзании. Это означает, что лед менее плотен, чем жидкая вода. Когда вода превращается в лед, она слегка увеличивается в объеме, примерно на 9% по сравнению с ее жидким состоянием. Это часто является причиной разрыва водопроводных труб или трещин на уличных контейнерах во время морозов.

Конечное состояние чашки с водой представляет собой смесь кристаллов льда и оставшейся жидкой воды, если не вся вода замерзла. Количество образовавшегося льда зависит от того, как долго вода остается в морозильной камере, и от настроек температуры.

Примечание. Скорость охлаждения и особые условия внутри морозильной камеры, такие как циркуляция воздуха и стабильность температуры в морозильной камере, могут влиять на внешний вид и структуру образующегося льда.