طريقة تحويل الماء إلى ثلج
تتحرّك جزيئات الماء وهي في حالتها السائلة وتتصادم مع بعضها البعض بسرعة عالية ممّا لا يسمح ببقائها ثابتةً في مكانها، وعند تجمّدها تتباطأ حركة الجزيئات وتنتظم وتستقر في موقع محدد مُكوّنةً بذلك بلورات الثلج، ويجدر بالذكر أنّ درجة الحرارة التي يتحوّل فيها الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة تُعرف بدرجة التجمّد، وترتفع درجة التجمّد بارتفاع الضغط، وتعتمد درجة تجمّد المادة بشكل عام على مدى قوة الروابط بين جزيئاتها والتي تجعلها تتجمّع مع بعضها.
عادةً ما تكون درجة التجمّد أقل من درجة الانصهار للمحاليل وبعض المواد العضوية مثل الدهون، بالإضافة إلى أنّ تجمّد المحلول يحدث بشكل تدريجي بحيث يختلف تركيب الأجزاء التي تجمّدت عن تركيب الأجزاء السائلة، ممّا يُساهم في خفض درجة حرارة التجمّد، ويمكن خفض حرارة الماء لما دون درجة التجمّد وتحويله إلى الحالة الصلبة أيّ إيصاله إلى مرحلة تُسمّى بالتبريد الفائق (بالإنجليزية: Supercooling) بطريقتين؛ وهما كما يأتي:
التبريد البطيء باستخدام مُجمّد الثلاجة
يتمّ التبريد البطيء بوضع زجاجة مغلقة من الماء النقي وزجاجة أخرى من ماء الصنبور في مجمّد الثلاجة مع الحرص على عدم تحريكهما، وبعدها يتمّ إخراج زجاجة الماء النقي وهي لا تزال في حالتها السائلة في اللحظة التي يتجمّد بها ماء الصنبور الموجود في الزجاجة الأخرى، ويُمكن تحويل الماء السائل للحالة الصلبة بعدّة طرق؛ منها هزّ زجاجة الماء أو سكب الماء فوق إحدى قطع الثلج ، وبالتالي سيتحول الماء فوراً إلى جليد، وتستغرق العملية من ساعة إلى ساعتين حسب درجة حرارة مجمد الثلاجة.
التبريد السريع باستخدام الحمام الثلجي
تُعتبر هذه الطريقة أسرع من سابقتها، وتتمّ من خلال وضع ملعقتين من الماء النقي في كوب زجاجي مُنظَّف بعناية، ثمّ وضع هذا الكوب في وعاء كبير مليء بالثلج، بحيث يكون مستوى الثلج أعلى من مستوى الماء داخل الكوب، ثمّ وضع معلقتين كبيرتين من الملح فوق الثلج، والانتظار لمدّة 15 دقيقة أو حتّى تنخفض درجة حرارة الماء لما دون درجة التجمّد، ويُذكر أنّه يُمكن تحويل الماء إلى ثلج عندها برمي قطعة من الثلج داخل الكوب.
هل الماء الساخن يتجمد أسرع من الماء البارد؟
يُمكن اعتبار أنّ الماء الساخن يتجمّد أسرع من الماء البارد في ظروف محددة وحالات خاصة؛ حيث يُستهلك ما يُقارب 540 سعرة حرارية عند تبخّر غرام واحد من الماء، فعندما تكون درجة حرارة الماء 80 درجة مئوية ترتفع معدلات التبريد بسبب عملية التبخر، بينما يُستهلك ما يُقارب 100 سعرة حرارية من أجل تحويل غرام واحد من الماء إلى بخار.
كيفية خفض درجة حرارة تحويل الماء إلى ثلج
تتجمّد المذيبات النقية عند درجة حرارة أعلى من التي يتجّمد عندها المحلول، ويُطلق على انخفاض درجة تجمّد المحلول بسبب إذابة المواد فيه ما يُسمّى انخفاض نقطة التجمّد (بالانجليزية: Freezing point depression)، ويجدر بالذكر أنّ هذه الانخفاض يعتمد على عدد المواد الصلبة الذائبة في المحلول، فكلّما زاد تركيز المحلول انخفضت درجة التجمّد.
