Umístěte šálek s čistou vodou vedle toho, který obsahuje slanou vodu, a postupně snižujte teplotu okolí. Při teplotě kolem 0 stupňů Celsia (32 stupňů Fahrenheita) bude čistá voda ledovat a postupně zmrznout, zatímco slaná voda zůstane tekutá. Při určité teplotě nižší, než při které zamrzla sladká voda, zmrzne i slaná voda. Skutečný teplotní rozdíl závisí na koncentraci soli. Důvod, proč se to děje, souvisí s přítomností iontů solí ve vodě. Fyzicky zasahují do tendence molekul vody seřadit do krystalové struktury.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Slaná voda má nižší bod tuhnutí než čistá voda. Voda na povrchu slaného ledu je chladnější, takže se led cítí chladnější než čistý vodní led.
Co se stane, když voda zamrzne?
Každá molekula vody je kombinací jednoho kyslíku a dvou atomů vodíku uspořádaných do trojúhelníku. Toto asymetrické uspořádání dává molekule polaritu - jedna strana má čistý kladný náboj, zatímco druhá strana je záporná. Kvůli této polaritě jsou molekuly navzájem přitahovány. Molekuly jsou však v neustálém pohybu, neustále vibrují a pohybují se kolem sebe. Když snížíte teplotu, molekuly se zpomalí a protože mají méně energie, začnou se navzájem lepit. V bodě mrazu je energie pohybu tak nízká, že molekuly splývají do pevné struktury.
Přidejte trochu soli
Chlorid sodný (NaCl) nebo kamenná sůl se skládá z kladně nabitého iontu sodíku a negativního iontu chloru, které jsou navzájem spojeny elektrostatickou přitažlivostí do mřížkové struktury. Když dáte sůl do vody, polární molekuly vody rozbijí strukturu a obklopí jednotlivé ionty, které se rozptýlí do roztoku. Když teplota klesá, ionty narušují schopnost molekul vody tvořit krystal struktura a směs se nestane pevnou látkou, dokud nesnížíte teplotu pod bod mrazu čisté látky voda. Nový bod tuhnutí závisí na koncentraci soli, nejnižší však může být -21,1 C (-5,98 F). K tomu dochází při nasycení, kdy se již žádná sůl nerozpustí.
Led s nižším bodem mrazu je chladnější
Pokud sbíráte zmrzlou kostku slané vody, může vám připadat chladnější než kostka čisté vody. Existuje pro to několik důvodů. Jedním z nich je, že pro zmrazení musí být kostka ledu se slanou vodou na nižší teplotě než kostka ledu z čisté vody.
Druhým důvodem je, že povrchová vrstva vody na krychli má také nižší teplotu. Na povrchu každé kostky ledu probíhá proces výměny mezi vodou v kapalném a pevném skupenství. Přítomnost soli ve vodě snižuje rovnovážný bod této výměny snížením bodu tuhnutí kapalné vody. V důsledku toho je voda, kterou cítíte na povrchu kostky slané vody, chladnější než voda na kostce čisté vody. Tato dynamika také zabraňuje zamrznutí vody, která přichází do kontaktu s ledem, a proto se zdá, že sůl taje led.