Quando a água congela, ela geralmente passa do estado líquido para o sólido. Como líquido, as moléculas de água estão em constante movimento, batendo e empurrando umas às outras e nunca permanecendo em um lugar por muito tempo. Quando a água congela, as moléculas diminuem a velocidade e se fixam no lugar, alinhando-se em formações regulares que você vê como cristais. Para água pura, a temperatura deve cair para 32 graus Fahrenheit (zero graus Celsius) para que isso aconteça. Para qualquer substância, a temperatura em que ocorre o congelamento depende das forças que fazem suas moléculas se unirem.
Moléculas pegajosas e ponto de congelamento
Todas as moléculas e átomos têm forças que atraem uma à outra. Alguns átomos, como o carbono, se agarram fortemente uns aos outros; outros, como o hélio, têm pouca força atrativa. Substâncias com fortes forças atrativas congelam a milhares de graus Fahrenheit, enquanto aquelas cujas forças são fracas, como nitrogênio, congelam a temperaturas muito frias. A atração entre as moléculas de água é moderada - nem fraca nem poderosa - então a água congela a modestos 32 graus Fahrenheit.
Depressão do Ponto de Congelamento
Se você adicionar outras substâncias à água, como açúcar ou sal, a temperatura cai abaixo de 32 graus antes do gelo começar a se formar. O novo ponto de congelamento depende da substância adicionada e do quanto você mistura com a água, e é por isso que as cidades colocam sal nas estradas de alguns estados para remover gelo e neve no inverno. Como outro exemplo, a vodka, uma mistura de água e álcool, permanece líquida por um longo período quando mantida em um freezer. O álcool na vodka reduz significativamente o ponto de congelamento.
Congelamento, expansão e formação cristalina
A maioria das substâncias se contrai, ou encolhe, em volume à medida que esfria. A água só contrai até ser baixada para 39 graus; em temperaturas mais frias, começa a se expandir. À medida que a água fica mais fria, suas moléculas diminuem a velocidade e se organizam de tal forma que existem lacunas entre grupos de moléculas. À medida que ficam mais frias, as moléculas formam padrões hexagonais que eventualmente se tornam flocos de neve e cristais relacionados.
Expansão da Força de Gelo
Se você encher uma garrafa completamente cheia de água, feche-a com uma tampa antes de colocá-lo em um freezer, a água se expande conforme fica mais frio. Eventualmente, o gelo vai estourar a garrafa. Isto é verdade mesmo para recipientes feitos de materiais fortes, como ferro; a pressão exercida pelo congelamento da água chega a 40.000 psi a menos 7,6 graus Fahrenheit (menos 22 graus Celsius).
