Kaj se zgodi, ko gre skodelica vode v zamrzovalnik?

Ko skodelico vode postavimo v zamrzovalnik, pride do več fizikalnih in kemičnih sprememb, ko se voda ohladi in zmrzne. Zgodi se tole:

Hlajenje:

Ko skodelica vstopi v zamrzovalnik, hladen zrak v notranjosti začne odvzemati toploto iz vode. Molekule vode se pri gibanju upočasnijo, njihova kinetična energija se zmanjša. Temperatura vode začne padati.

Superhlajenje:

V nekaterih primerih je lahko voda podvržena pojavu, imenovanemu "supercooling". Ko se voda ohladi pod ledišče (0 stopinj Celzija ali 32 stopinj Fahrenheita), ne da bi pri tem nastali ledeni kristali, pravimo, da je prehlajena. To se lahko zgodi, če ni mest nukleacije, kot so prašni delci ali praske na posodi, kjer lahko začnejo rasti ledeni kristali.

Nukleacija:

Sčasoma pride do nukleacije in okrog mest nukleacije v vodi se oblikujejo drobni ledeni kristali. Začetni ledeni kristali so lahko zelo majhni, kot mikroskopske iglice ali zrna. Pri njihovem nastanku se sprošča latentna talilna toplota, to je energija, ki je bila potrebna za pretrganje vezi med molekulami vode v tekočem stanju.

Rast kristalov:

Ko nastane več ledenih kristalov, ti še naprej rastejo skozi proces, imenovan "rast kristalov". Molekule vode poleg ledenih kristalov privlači njihova urejena struktura in se pridružijo rastoči ledeni mreži ter sproščajo več latentne toplote. Ta proces rasti se nadaljuje, dokler se velik del vode ne spremeni v trden led.

Fazni prehod:

Ker je v ledene kristale vključenih vedno več molekul vode, napreduje fazni prehod iz tekoče vode v trden led. Zmrziščna točka vode se lahko nekoliko razlikuje glede na okoljske pogoje, kot so zračni tlak in nečistoče, vendar se običajno ta prehod zgodi okoli zmrziščne točke (0 stopinj Celzija ali 32 stopinj Fahrenheita).

Razširitev:

Zanimiva lastnost vode je, da se njena gostota z zmrzovanjem zmanjšuje. To pomeni, da je led manj gost kot tekoča voda. Ko se voda spremeni v led, se njena prostornina rahlo poveča, približno 9 % več v primerjavi s tekočim stanjem. To je pogosto razlog za počene vodovodne cevi ali počene posode na prostem med zmrzovanjem.

Končno stanje skodelice vode je mešanica ledenih kristalov in preostale tekoče vode, če ni vsa voda zmrznila. Količina nastalega ledu je odvisna od tega, kako dolgo je voda v zamrzovalniku, in nastavitev temperature.

Opomba:Hitrost hlajenja in posebni pogoji v zamrzovalniku, kot sta kroženje zraka in stabilnost temperature zamrzovalnika, lahko vplivajo na videz in strukturo nastalega ledu.