Čo sa stane, keď pohár vody vstúpi do mrazničky?

Po vložení šálky vody do mrazničky dôjde k niekoľkým fyzikálnym a chemickým zmenám, keď sa voda ochladzuje a mrzne. Čo sa stane:

Chladenie:

Keď pohár vstúpi do mrazničky, studený vzduch vo vnútri začne odoberať teplo z vody. Molekuly vody sa spomaľujú vo svojom pohybe a znižuje sa ich kinetická energia. Teplota vody začne klesať.

Prechladzovanie:

V niektorých prípadoch môže voda podstúpiť jav nazývaný „prechladzovanie“. Keď sa voda ochladí pod bod mrazu (0 stupňov Celzia alebo 32 stupňov Fahrenheita) bez toho, aby sa vytvorili ľadové kryštály, hovorí sa, že je podchladená. To sa môže stať, ak na nádobe nie sú žiadne nukleačné miesta, ako sú prachové častice alebo škrabance, kde môžu začať rásť ľadové kryštály.

Nukleácia:

Nakoniec dôjde k nukleácii a okolo nukleačných miest vo vode sa vytvoria drobné ľadové kryštáliky. Počiatočné kryštály ľadu môžu byť veľmi malé, ako mikroskopické ihličky alebo zrnká. Pri ich tvorbe sa uvoľňuje latentné teplo fúzie, čo je energia, ktorá bola potrebná na prerušenie väzieb medzi molekulami vody v kvapalnom stave.

Rast kryštálov:

Keď sa tvorí viac ľadových kryštálov, pokračujú v raste prostredníctvom procesu nazývaného „rast kryštálov“. Molekuly vody vedľa ľadových kryštálov sú priťahované k ich usporiadanej štruktúre a spájajú sa s rastúcou ľadovou mriežkou, čím uvoľňujú viac latentného tepla. Tento proces rastu pokračuje, kým sa značná časť vody nepremení na pevný ľad.

Fázový prechod:

Ako sa do ľadových kryštálov začleňuje stále viac molekúl vody, postupuje fázový prechod z tekutej vody na tuhý ľad. Bod mrazu vody sa môže mierne líšiť v závislosti od podmienok prostredia, ako je tlak vzduchu a nečistoty, ale zvyčajne sa tento prechod vyskytuje okolo bodu mrazu (0 stupňov Celzia alebo 32 stupňov Fahrenheita).

Rozšírenie:

Zaujímavou vlastnosťou vody je, že jej hustota pri zamŕzaní klesá. To znamená, že ľad má menšiu hustotu ako tekutá voda. Keď sa voda zmení na ľad, podstúpi miernu expanziu objemu, približne o 9% nárast v porovnaní s jej tekutým stavom. To je často dôvodom prasknutia vodovodného potrubia alebo prasknutých vonkajších nádob počas mrazov.

Konečný stav pohára vody je zmes ľadových kryštálikov a zvyšnej tekutej vody, ak nie je všetka voda zamrznutá. Množstvo vytvoreného ľadu závisí od toho, ako dlho je voda ponechaná v mrazničke a od nastavenia teploty.

Poznámka:Rýchlosť chladenia a špecifické podmienky v mrazničke, ako je cirkulácia vzduchu a teplotná stabilita mrazničky, môžu ovplyvniť vzhľad a štruktúru vytvoreného ľadu.