Hvad sker der, når en kop vand går i fryseren?

Når en kop vand placeres i fryseren, sker der flere fysiske og kemiske ændringer, når vandet afkøles og fryser. Her er hvad der sker:

Køling:

Da koppen kommer ind i fryseren, begynder den kolde luft indeni at trække varme fra vandet. Vandmolekylerne bremser i deres bevægelse, og deres kinetiske energi falder. Vandets temperatur begynder at falde.

Superkøling:

I nogle tilfælde kan vand gennemgå et fænomen kaldet "superkøling". Når vand afkøles til under frysepunktet (0 grader Celsius eller 32 grader Fahrenheit) uden at danne iskrystaller, siges det at være underafkølet. Dette kan ske, hvis der ikke er kernedannelsessteder, såsom støvpartikler eller ridser på beholderen, hvor iskrystaller kan begynde at vokse.

Nukleering:

Til sidst opstår kernedannelse, og små iskrystaller dannes omkring kernedannelsessteder i vandet. De indledende iskrystaller kan være meget små, som mikroskopiske nåle eller korn. Deres dannelse frigiver latent fusionsvarme, som er den energi, der var nødvendig for at bryde bindingerne mellem vandmolekyler i flydende tilstand.

Krystalvækst:

Efterhånden som flere iskrystaller dannes, fortsætter de med at vokse gennem en proces kaldet "krystalvækst." Vandmolekylerne ved siden af ​​iskrystallerne tiltrækkes af deres velordnede struktur og slutter sig til det voksende isgitter og frigiver mere latent varme. Denne vækstproces fortsætter, indtil en betydelig del af vandet omdannes til fast is.

Faseovergang:

Efterhånden som flere og flere vandmolekyler inkorporeres i iskrystallerne, skrider faseovergangen fra flydende vand til fast is frem. Frysepunktet for vand kan variere lidt baseret på miljøforhold som lufttryk og urenheder, men typisk sker denne overgang omkring frysepunktet (0 grader Celsius eller 32 grader Fahrenheit).

Udvidelse:

En interessant egenskab ved vand er, at dets massefylde falder, når det fryser. Det betyder, at is er mindre tæt end flydende vand. Når vand bliver til is, gennemgår det en lille udvidelse i volumen, omkring 9% stigning i forhold til dets flydende tilstand. Dette er ofte årsagen til sprængte vandrør eller revnede udendørs beholdere under frostforhold.

Den endelige tilstand af koppen vand er en blanding af iskrystaller og resterende flydende vand, hvis ikke alt vandet har frosset fast. Mængden af ​​dannet is afhænger af, hvor længe vandet står i fryseren og temperaturindstillingerne.

Bemærk:Afkølingshastigheden og de specifikke forhold i fryseren, såsom luftcirkulation og fryserens temperaturstabilitet, kan påvirke udseendet og strukturen af ​​den dannede is.