Warum schmilzt Salz schneller als Zucker?

Wenn Straßen mit einer Eisdecke bedeckt sind, die normale Autofahrten zu einer potentiellen Gefahr macht, löst die Verwendung von Kochsalz zur Abdeckung der Straßen das Eis auf. Aber warum funktioniert das? Und würde nicht auch Zucker, ebenfalls eine weiße, kristalline Verbindung, die ohne Geschmack von Salz schwer zu unterscheiden ist, nicht auch funktionieren?

Stellen Sie drei Flaschen in einen Gefrierschrank, eine mit Leitungswasser, eine zweite mit einer gesättigten Salzlösung und eine dritte mit einer gesättigten Zuckerlösung. Sie werden feststellen, dass das Leitungswasser wie erwartet gefriert. Das Zuckerwasser wird mit gefrorenen Stellen zu Matsch, aber das Salzwasser gefriert überhaupt nicht. Dieses Phänomen zeigt eine Gefrierpunktserniedrigung.

Gefrierpunktserniedrigung bezieht sich auf die Beobachtung, dass eine reine Substanz (d. h. Wasser) einen bestimmten Schmelz-/Gefrierpunkt (0'C) hat, aber die Zugabe einer Verunreinigung (z. B. Salz, Zucker) wird diese Temperatur nicht nur gesenkt, sondern auch verteilt, sodass ein weniger definiertes, diffuseres Schmelzen/Gefrieren auftritt Punkt. Je größer die Menge der Verunreinigung ist, desto niedriger ist der Schmelz-/Gefrierpunkt. Mit anderen Worten, die Gefrierpunktserniedrigung ist eine kolligative Eigenschaft. Und wenn es um die kolligativen Eigenschaften von Lösungen geht, kommt es auf die Anzahl der Moleküle des gelösten Stoffes an, nicht auf die Art des gelösten Stoffes. Vergleicht man zwei Lösungen, die jeweils die gleiche Menge Salz oder Zucker enthalten, senkt die Salzlösung den Gefrierpunkt des Weiteren. Dies liegt daran, dass 1 Gramm Salz mehr Salzmoleküle enthält als 1 Gramm Zucker Zuckermoleküle enthält.

Chemiker verwenden Mol, eine Einheit, die dem Molekulargewicht (gemessen in Dalton) einer Substanz entspricht, jedoch in Gramm, um eine Lösung mit einer bestimmten Anzahl von gelösten Molekülen herzustellen. Ein Mol eines Stoffes hat genau so viele Moleküle wie ein Mol eines anderen Stoffes. Tafelzucker (Saccharose), C12H22O11, hat ein Molekulargewicht von 342 Dalton. Um ein Mol Saccharose zu erhalten, wiege 342 g ab. Kochsalz, NaCl, hat ein Molekulargewicht von 58 Dalton. Um ein Mol Salz zu erhalten, wiege 58 g ab. Beachten Sie, dass Sie fast sechsmal mehr Saccharose benötigen, um die gleiche Anzahl von Molekülen in einem Mol Salz zu erhalten.

Unter normalen Bedingungen steht festes Wasser mit flüssigem Wasser beim Standard-Gefrieren im Gleichgewicht equilibrium Temperatur von 0'C, was bedeutet, dass Wasser entweder flüssig oder fest existiert und zu schmelzen beginnt oder einfrieren. Aus diesem Grund ist Eis von einer dünnen Wasserschicht bedeckt. Moleküle in der festen Phase tauschen ständig ihre Plätze mit Molekülen in der flüssigen Phase. Dieses Verhalten von Wasser macht es möglich, Salz zum Schmelzen von Eis zu verwenden.

Salz, das auf vereisten Straßen gestreut wird, löst sich im Wasserfilm auf, der das Eis bedeckt und bildet eine Lösung, die nicht mehr am Gefrierpunkt liegt. Feste Moleküle wandern in die flüssige Phase, werden aber nicht mehr in den Feststoff zurück. Gleichgewicht kippt in Richtung flüssiger Phase, immer mehr Moleküle finden sich in Lösung und schmelzen so das Eis.