Anbring en kop, der indeholder rent vand, ved siden af en, der indeholder saltvand, og sænk omgivelsestemperaturen gradvist. Ved omkring 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit) vil det rene vand is over og gradvis fryse, mens det salte vand forbliver flydende. Ved en bestemt temperatur under den temperatur, hvor det ferske vand frøs, fryser også saltvandet. Den aktuelle temperaturforskel afhænger af saltkoncentrationen. Årsagen til dette sker har at gøre med saltioner i vandet. De interfererer fysisk med vandmolekylernes tendens til at linie op i en krystalstruktur.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Saltvand har et lavere frysepunkt end rent vand. Vandet på overfladen af salt is er koldere, så isen føles koldere end ren vandis.
Hvad sker der, når vand fryser?
Hvert vandmolekyle er en kombination af et ilt og to hydrogenatomer arrangeret i en trekant. Dette asymmetriske arrangement giver molekylet en polaritet - den ene side har en positiv nettoladning, mens den anden side er negativ. På grund af denne polaritet tiltrækkes molekylerne til hinanden. Molekylerne er i konstant bevægelse, men vibrerer og bevæger sig uophørligt rundt om hinanden. Når du sænker temperaturen, sænkes molekylerne, og fordi de har mindre energi, begynder de at holde fast ved hinanden. Ved frysepunktet er bevægelsesenergien så lav, at molekylerne smelter sammen i en solid struktur.
Tilsæt noget salt
Natriumchlorid (NaCl) eller stensalt består af en positivt ladet natriumion og en negativ klorion bundet sammen ved elektrostatisk tiltrækning til en gitterstruktur. Når du lægger saltet i vand, bryder de polære vandmolekyler strukturen og omgiver de enkelte ioner, der spredes i opløsning. Når temperaturen går ned, forstyrrer ionerne vandmolekylernes evne til at danne en krystal struktur, og blandingen bliver ikke et fast stof, før du sænker temperaturen under frysepunktet for rent vand. Det nye frysepunkt afhænger af saltkoncentrationen, men det laveste, det kan gå, er -21,1 C (-5,98 F). Dette sker ved mætning, når ikke mere salt opløses.
Is med et lavere frysepunkt føles koldere
Hvis du henter en frossen terning med saltvand, føles den måske koldere end en terning med rent vand. Der er et par grunde til dette. Den ene er, at for at blive frosset, skal en saltvand-isterning have en lavere temperatur end en ren vand-terning.
Den anden grund er, at overfladelaget af vand på terningen også har en lavere temperatur. På overfladen af hver isterning foregår en udvekslingsproces mellem vand i flydende og fast tilstand. Tilstedeværelsen af salt i vandet sænker ligevægtspunktet for denne udveksling ved at sænke det flydende vands frysepunkt. Derfor er det vand, du føler på overfladen af en saltvandsterning, koldere end det på en rent vandterning. Denne dynamik forhindrer også, at vand, der kommer i kontakt med isen, fryser, hvorfor salt ser ud til at smelte is.