Forklaring: Hvorfor isen smelter i vann

Vann forekommer vanligvis som en væske, skjønt i polare områder eksisterer det i fast form. En tørst person setter noen isbiter i et glass vann. Hvis glasset sitter i mer enn noen få minutter, smelter isen. Da det kalde vannet varmes til romtemperatur. Legg merke til isen blir ikke varm. I stedet endres den struktur mellom molekyler og smelter; den endres "fase".

Smeltepunkt

Hver stabil substans kan foreligge i minst tre former: fast stoff, væske og gass. Faste stoffer omdannes til væske når de når en temperatur som kalles et smeltepunkt. Væsker konvertere til gasser når de når et kokepunkt. Solids ikke konvertere til væsker og væsker ikke konvertere til faste stoffer umiddelbart. Snarere "faseoverganger" oppstår. En fase overgang er en endring i molekylær arkitektur --- det vil si på den måten enkeltmolekyler innrette seg som en samlet enhet --- en isklump, en vannpytt, en sky av damp. Kanskje det er enklere å forstå faseoverganger av smelting og koke ved å vurdere først sine motsetninger: kondense og frysing.

Kondensasjon

Gassformige vannmolekyler har frihet til å bevege seg, med meget liten innblanding fra hverandre. De er ikke bundet sammen. Dette er fordi de inneholder nok energi til å overvinne elektro attraksjoner mellom molekyler. Hvis temperaturen er redusert, gassmolekyler har mindre energi og fart til å sette dem i stand til å opprettholde sin frihet. I stedet tiltrekningskrefter trekke dem nærmere hverandre. Som varmeenergi fortsetter å bli fjernet etterhvert attraksjoner bli overveldende, og gassfasen er erstattet av den flytende fase. Hvert molekyl har nå bare en liten uavhengighet; det beholder noen flyt.

frysing

Etter hvert som mer varmeenergi fjernes fra kaldt vann, synker dens temperatur til den når nærheten av frysepunktet. Fjerning av små intervaller for varmeenergi ved dette punkt ikke senke temperaturen. I stedet tvinger det molekyler av væske for å justere seg til en stiv, krystallinsk faststoff --- den laveste energi-konfigurasjon for vann. Etter at dette er gjort, fjerning av ytterligere energi igjen senker temperaturen. Is kan kjøles godt under frysepunktet uten ytterligere strukturell forandring.

Reversere prosessen

I et to-fase system av is i vann, vannmolekylene gi varme til den litt kjøligere is, som absorberer den. Den ekstra energien induserer en faseendring ved at isen molekyler til å unnslippe sin laveste energi konfigurasjon og danne flytende vann. Som ekstern varme er levert av omgivelsene er det absorberes av den økende volum av vann, noe som gjentar prosessen til det ikke er is venstre. Enn videre oppvarming hever temperaturen av den nå enkelt-fase system bestående utelukkende av flytende vann.