Mitä tapahtuu, kun kuppi vettä menee pakastimeen?

Kun kuppi vettä laitetaan pakastimeen, tapahtuu useita fysikaalisia ja kemiallisia muutoksia veden jäähtyessä ja jäätyessä. Tässä on mitä tapahtuu:

Jäähdytys:

Kun kuppi tulee pakastimeen, sisällä oleva kylmä ilma alkaa poimia lämpöä vedestä. Vesimolekyylien liike hidastuu ja niiden liike-energia pienenee. Veden lämpötila alkaa laskea.

Tulijäähdytys:

Joissakin tapauksissa vesi voi kokea ilmiön, jota kutsutaan "ylijäähtymiseksi". Kun vesi jäähdytetään jäätymispisteensä alapuolelle (0 celsiusastetta tai 32 Fahrenheit-astetta) muodostamatta jääkiteitä, sen sanotaan olevan alijäähtynyt. Tämä voi tapahtua, jos säiliössä ei ole ydintymiskohtia, kuten pölyhiukkasia tai naarmuja, joissa jääkiteet voivat alkaa kasvaa.

Ydinmuodostus:

Lopulta tapahtuu ytimien muodostumista ja pieniä jääkiteitä muodostuu ytimien muodostumiskohtien ympärille vedessä. Alkuperäiset jääkiteet voivat olla hyvin pieniä, kuten mikroskooppisia neuloja tai rakeita. Niiden muodostuminen vapauttaa piilevää fuusiolämpöä, joka on energiaa, joka tarvitaan katkaisemaan sidokset nestemäisessä tilassa olevien vesimolekyylien välillä.

Kiteen kasvu:

Kun jääkiteitä muodostuu lisää, ne jatkavat kasvuaan prosessin kautta, jota kutsutaan "kiteiden kasvuksi". Jääkiteiden vieressä olevat vesimolekyylit vetävät puoleensa niiden järjestyksessä olevaa rakennetta ja liittyvät kasvavaan jäähilaan vapauttaen enemmän piilevää lämpöä. Tämä kasvuprosessi jatkuu, kunnes merkittävä osa vedestä muuttuu kiinteäksi jääksi.

Vaiheen siirtyminen:

Kun yhä enemmän vesimolekyylejä liitetään jääkiteisiin, faasisiirtymä nestemäisestä vedestä kiinteään jäähän etenee. Veden jäätymispiste voi vaihdella hieman ympäristöolosuhteiden, kuten ilmanpaineen ja epäpuhtauksien, mukaan, mutta tyypillisesti tämä siirtymä tapahtuu jäätymispisteen (0 Celsius-astetta tai 32 Fahrenheit-astetta) ympärillä.

Laajennus:

Veden mielenkiintoinen ominaisuus on, että sen tiheys pienenee jäätyessään. Tämä tarkoittaa, että jää on vähemmän tiheää kuin nestemäinen vesi. Kun vesi muuttuu jääksi, sen tilavuus kasvaa hieman, noin 9 % nestemäiseen tilaan verrattuna. Tämä on usein syynä vesiputkien halkeamiseen tai ulkosäiliöiden halkeamiseen jäätymisen aikana.

Vesikupin lopullinen tila on jääkiteiden ja jäljellä olevan nestemäisen veden seos, jos kaikki vesi ei ole jäätynyt kiinteästi. Muodostuneen jään määrä riippuu siitä, kuinka kauan vettä on jätetty pakastimeen, ja lämpötila-asetuksista.

Huomautus:Jäähdytysnopeus ja pakastimen erityisolosuhteet, kuten ilmankierto ja pakastimen lämpötilan vakaus, voivat vaikuttaa muodostuneen jään ulkonäköön ja rakenteeseen.