Bästa svaret
Frysningspunkten för en vätska är den temperatur vid vilken vätskan omvandlas till en fast form, och smältpunkten är den temperatur vid vilken fastämnet återgår till vätska. Hur kunde de INTE vara desamma?
Vid den exakta temperaturen har du uppnått jämvikt där samma antal molekyler omvandlas till fast form som omvandlas till flytande form. Det som förskjuter den fysiska reaktionen på ett eller annat sätt är förändringen i entalpi. Om mer värme avlägsnas från systemet kommer frysning att ske, och om mer värme läggs till systemet kommer mer smältning att ske. Det är viktigt att du tar hänsyn till den latenta fusionsvärmen, vilken mängd energi (värme) som krävs för att byta från en fas till en annan.
Vatten kan finnas vid 0 grader, liksom is. Normalt tar det bara 1 kalori energi att ändra temperaturen på 1 gram vatten med en grad Celsius. Inte så vid frys- / smältpunkten. Det tar hela 79,7 kalorier per gram för att ändra flytande vatten till is eller tvärtom.
Svar
Du har rätt i att de flesta föremål krymper när de fryser.
Anledningen till att vatten expanderar när det fryser är på grund av en vattenmolekyls mycket speciella form och dess egenskaper.
Som du kanske har känt är vatten H2O, och om du inte vet inte hur det ser ut, de ser ut så här
Nu valde jag den bilden av en mycket speciell anledning. Som du kan se är vatten en polär molekyl, vilket innebär att dess elektriska laddning inte fördelas enhetligt över hela strukturen. I det här fallet, på grund av syreens högre elektronegativitet (i princip tenderar syre att locka elektroner till det, så det drar elektroner från väte till det, och eftersom formen på en vattenmolekyl inte är symmetrisk över alla tre axlar vara mer negativt laddade än den andra, och vätena kommer att vara något positivt laddade)
Så hur är detta relaterat till varför vatten expanderar när det fryser?
Tja, som ni ser, när de är i flytande form kan vattenmolekylerna glida runt varandra på ett kaotiskt sätt (försök att göra au-form med vänster och höger pekfinger och tumme och få dem att glida och rotera fritt runt varandra, den typen av förklarar del)
Men när vatten fryser händer detta
Som du kan se, på grund av laddningen av vattenmolekylen, den ordnar sig på ett mycket speciellt sätt, så att det mer negativa syret tenderar att ordna sig i riktning mot närmaste hydroge n-molekyl. Plötsligt har du fått alla dessa stora klyftor mellan vattenmolekylerna som ökar strukturens totala volym avsevärt. Anledningen till att denna typ av inriktning inte sker i vattens flytande form är att dessa intermolekylära bindningar är tillräckligt svaga så att de kan övervinnas vid våra normala temperaturer.
Så för att sammanfatta allt, anledningen varför vatten expanderar när det fryser beror på dess molekylgeometri och laddningspolaritet.