Как солта стопя леда и предпазва водата от замръзване

Солта топи лед по същество, защото добавяне на сол понижава точка на замръзване на водата. Как се топи този лед? Е, не става, освен ако има малко вода с леда. Добрата новина е, че не се нуждаете от басейн с вода, за да постигнете ефекта. Ледът обикновено е покрит с тънък филм течна вода, което е всичко, което е необходимо.

Чистата вода замръзва при 0 ° C при 32 ° F. Вода със сол (или всяко друго вещество в него) ще замръзне при някаква по-ниска температура. Колко ниска ще бъде тази температура зависи от обеззаразяващ агент. Ако сложите сол на лед в ситуация, в която температурата никога няма да достигне новата точка на замръзване на солената вода, няма да видите никаква полза. Например хвърляне на трапезна сол (натриев хлорид) върху лед, когато е 0 ° F няма да направи нищо повече от покриване на леда със слой сол. От друга страна, ако поставите същата сол върху лед при 15 ° F, солта ще бъде в състояние да предотврати топящ се лед от повторно замразяване. Магнезиевият хлорид работи до 5 ° F, докато калциевият хлорид работи до -20 ° F.

Ключови заведения: как солта стопя леда

Солта (NaCl) се разтваря в нейните йони във вода, Na⁺ и Cl^-. Йоните дифундират във водата и блокират водните молекули да се приближат достатъчно и в правилната ориентация, за да се организират в твърдата форма (лед). Ледът абсорбира енергия от своята околна среда, за да претърпи фазовия преход от твърдо в течно. Това може да доведе до замръзване на чистата вода, но солта във водата не позволява да се превърне в лед. Водата обаче става по-студена, отколкото беше. Температурата може да падне под точката на замръзване на чиста вода.

Добавянето на всякакви примеси към течност понижава точката на замръзване. Характерът на съединението няма значение, но е важен броят на частиците, които разпада в течността. Колкото повече частици се получават, толкова по-голяма е депресията на точката на замръзване. Така разтварянето на захар във вода също намалява точката на замръзване на водата. Захарта просто се разтваря в единични захарни молекули, така че нейният ефект върху точката на замръзване е по-малък, отколкото бихте получили при добавяне на равно количество сол, която се разгражда на две частици. Соли, които се разпадат на повече частици, като магнезиев хлорид (MgCl₂) имат още по-голям ефект върху точката на замръзване. Магнезиевият хлорид се разтваря в три йона - един магнезиев катион и два хлоридни аниона.

Отстрани, добавянето на малко количество неразтворими прахови частици всъщност може да помогне на водата да замръзне при а по-висок температура. Въпреки че има малко депресия на точката на замръзване, тя се локализира близо до частиците. Частиците действат като места за нуклеиране, които позволяват образуването на лед. Това е предпоставката зад образуването на снежинки в облаците и как ски курортите правят сняг, когато е леко затоплящо, отколкото замръзване.

• Можете да демонстрирате ефекта на депресия на точката на замръзване себе си, дори и да нямате леден тротоар. Един от начините е да направите своя собствена сладолед в багет, при добавянето на сол към вода се получава толкова студена смес, че може да замрази вашето лакомство.
• Ако просто искате да видите пример от това как може да се получи студен лед плюс сол, смесете 33 унции сол със 100 унции натрошен лед или сняг. Бъди внимателен! Сместа ще бъде около -6 ° F (-21 ° C), което е достатъчно студено, за да ви осигури измръзване, ако го държите твърде дълго.
• Постигнете по-добро разбиране на депресията при замръзване чрез изследване на ефекта от разтварянето на различни вещества във вода и отбелязване на температурата, необходима за нейното замразяване. Добри примери за вещества за сравнение са трапезната сол (натриев хлорид), калциев хлорид и захар. Вижте дали можете да разтворите равни маси от всяко вещество във водата, за да получите справедливо сравнение. Натриевият хлорид се разпада на два йона във вода. Калциевият хлорид образува три йона във вода. Захарта се разтваря във вода, но не се разпада на йони. Всички тези вещества ще намалят точката на замръзване на водата.
• Направете експеримента стъпка по-нататък, като проучите котата на кипене, още едно коликативно свойство на материята. Добавянето на захар, сол или калциев хлорид ще промени температурата, при която водата кипи. Измерим ли е ефектът?