Co se stane, když do mrazáku vstoupí šálek vody?

Když do mrazničky vložíte šálek vody, dojde k několika fyzikálním a chemickým změnám, jak se voda ochlazuje a mrzne. Co se stane:

Chlazení:

Jakmile šálek vstoupí do mrazničky, studený vzduch uvnitř začne odebírat teplo z vody. Molekuly vody se zpomalují ve svém pohybu a snižuje se jejich kinetická energie. Teplota vody začne klesat.

Přechlazení:

V některých případech může voda podléhat jevu zvanému „přechlazení“. Když je voda ochlazena pod bod mrazu (0 stupňů Celsia nebo 32 stupňů Fahrenheita), aniž by se vytvořily ledové krystaly, říká se, že je podchlazená. To se může stát, pokud na nádobě nejsou žádná nukleační místa, jako jsou prachové částice nebo škrábance, kde mohou začít růst ledové krystaly.

Nukleace:

Nakonec dojde k nukleaci a kolem nukleačních míst ve vodě se tvoří drobné ledové krystalky. Počáteční ledové krystaly mohou být velmi malé, jako mikroskopické jehličky nebo zrnka. Při jejich tvorbě se uvolňuje latentní teplo tání, což je energie, která byla potřebná k přerušení vazeb mezi molekulami vody v kapalném stavu.

Růst krystalů:

Jak se tvoří více ledových krystalů, pokračují v růstu prostřednictvím procesu zvaného „růst krystalů“. Molekuly vody vedle ledových krystalů jsou přitahovány svou uspořádanou strukturou a spojují se s rostoucí ledovou mřížkou, přičemž uvolňují více latentního tepla. Tento proces růstu pokračuje, dokud se významná část vody nepřemění v pevný led.

Přechod fáze:

Jak se do ledových krystalů začleňuje stále více molekul vody, postupuje fázový přechod z kapalné vody na pevný led. Bod tuhnutí vody se může mírně lišit v závislosti na podmínkách prostředí, jako je tlak vzduchu a nečistoty, ale obvykle k tomuto přechodu dochází kolem bodu mrazu (0 stupňů Celsia nebo 32 stupňů Fahrenheita).

Rozšíření:

Zajímavou vlastností vody je, že její hustota se zmrazováním snižuje. To znamená, že led má menší hustotu než kapalná voda. Jak se voda mění v led, podléhá mírné expanzi objemu, asi o 9% zvýšení ve srovnání s jejím kapalným stavem. To je často důvodem prasknutí vodovodního potrubí nebo prasklých venkovních nádob během mrazu.

Konečným stavem šálku vody je směs ledových krystalků a zbývající kapalné vody, pokud není všechna voda zmrzlá. Množství vytvořeného ledu závisí na tom, jak dlouho je voda ponechána v mrazničce a na nastavení teploty.

Poznámka:Rychlost chlazení a specifické podmínky v mrazničce, jako je cirkulace vzduchu a teplotní stabilita mrazničky, mohou ovlivnit vzhled a strukturu vytvořeného ledu.