Vad händer när en kopp vatten går in i frysen?

När en kopp vatten placeras i frysen sker flera fysiska och kemiska förändringar när vattnet svalnar och fryser. Så här händer:

Kylning:

När koppen kommer in i frysen börjar den kalla luften inuti ta ut värme från vattnet. Vattenmolekylerna saktar ner i sin rörelse och deras kinetiska energi minskar. Vattnets temperatur börjar sjunka.

Superkylning:

I vissa fall kan vatten genomgå ett fenomen som kallas "superkylning". När vatten kyls under sin fryspunkt (0 grader Celsius eller 32 grader Fahrenheit) utan att bilda iskristaller, sägs det vara underkylt. Detta kan hända om det inte finns några kärnbildningsställen, såsom dammpartiklar eller repor på behållaren, där iskristaller kan börja växa.

Kärnbildning:

Så småningom uppstår kärnbildning och små iskristaller bildas runt kärnbildningsplatser i vattnet. De initiala iskristallerna kan vara mycket små, som mikroskopiska nålar eller korn. Deras bildning frigör latent fusionsvärme, vilket är den energi som krävdes för att bryta bindningarna mellan vattenmolekyler i flytande tillstånd.

Kristalltillväxt:

När fler iskristaller bildas fortsätter de att växa genom en process som kallas "kristalltillväxt". Vattenmolekylerna bredvid iskristallerna attraheras av sin ordnade struktur och förenar sig med det växande isgallret och frigör mer latent värme. Denna tillväxtprocess fortsätter tills en betydande del av vattnet förvandlas till fast is.

Fasövergång:

När fler och fler vattenmolekyler införlivas i iskristallerna fortskrider fasövergången från flytande vatten till fast is. Vattnets fryspunkt kan variera något beroende på miljöförhållanden som lufttryck och föroreningar, men vanligtvis sker denna övergång runt fryspunkten (0 grader Celsius eller 32 grader Fahrenheit).

Utökning:

En intressant egenskap hos vatten är att dess densitet minskar när det fryser. Det betyder att is är mindre tät än flytande vatten. När vatten förvandlas till is, genomgår det en liten expansion i volym, cirka 9 % ökning jämfört med dess flytande tillstånd. Detta är ofta orsaken till sprängda vattenledningar eller spruckna utomhusbehållare under frysförhållanden.

Det slutliga tillståndet för koppen med vatten är en blandning av iskristaller och kvarvarande flytande vatten om inte allt vatten har frusit fast. Mängden is som bildas beror på hur länge vattnet är kvar i frysen och temperaturinställningarna.

Obs:Nedkylningshastigheten och de specifika förhållandena i frysen, såsom luftcirkulation och frysens temperaturstabilitet, kan påverka utseendet och strukturen på den bildade isen.