Γιατί το αλάτι λιώνει πάγο γρηγορότερα από τη ζάχαρη;

Όταν οι δρόμοι καλύπτονται από μια κουβέρτα πάγου που καθιστά τα συνηθισμένα ταξίδια αυτοκινήτου δυνητικό κίνδυνο, η χρήση κοινού αλατιού για την κάλυψη των οδών διαλύει τον πάγο. Γιατί όμως λειτουργεί; Και δεν θα λειτουργούσε επίσης η ζάχαρη, επίσης μια λευκή, κρυσταλλική ένωση, δύσκολο να διακριθεί από το αλάτι χωρίς να δοκιμάσει;

Τοποθετήστε τρία μπουκάλια σε έναν καταψύκτη σπιτιού, ένα με νερό βρύσης, ένα δεύτερο με διάλυμα κορεσμένου αλατιού και ένα τρίτο με διάλυμα κορεσμένου σακχάρου. Θα βρείτε ότι το νερό της βρύσης παγώνει όπως αναμενόταν. Το νερό της ζάχαρης γίνεται λάσπη με παγωμένα μπαλώματα, αλλά το αλμυρό νερό δεν θα παγώσει καθόλου. Αυτό το φαινόμενο καταδεικνύει την κατάθλιψη του σημείου πήξης.

Η κατάθλιψη σημείου πήξης αναφέρεται στην παρατήρηση ότι μια καθαρή ουσία (δηλ. Νερό) έχει ένα συγκεκριμένο σημείο τήξης / πήξης (0'C), αλλά η προσθήκη μιας ακαθαρσίας (δηλαδή αλάτι, ζάχαρη), καθώς επίσης και η μείωση αυτής της θερμοκρασίας, την απλώνει επίσης έτσι ώστε να υπάρχει μια λιγότερο καθορισμένη, πιο διάχυτη τήξη / κατάψυξη σημείο. Όσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα της ακαθαρσίας, τόσο χαμηλότερο είναι το σημείο τήξης / πήξης. Με άλλα λόγια, η κατάθλιψη-σημείο κατάψυξης είναι μια συνεργατική ιδιότητα. Και όταν πρόκειται για συνεργικές ιδιότητες των διαλυμάτων, έχει σημασία ο αριθμός των μορίων της διαλυμένης ουσίας, όχι ο τύπος της διαλυμένης ουσίας, Συγκρίνοντας δύο διαλύματα, το καθένα που περιέχει την ίδια ποσότητα είτε αλατιού είτε ζάχαρης, το διάλυμα αλατιού θα μειώσει το σημείο πήξης περαιτέρω. Αυτό συμβαίνει επειδή 1 γραμμάριο αλατιού περιέχει περισσότερα μόρια αλατιού από 1 γραμμάριο ζάχαρης περιέχει μόρια ζάχαρης.

Οι χημικοί χρησιμοποιούν γραμμομόρια, μια μονάδα ίση σε αριθμό με το μοριακό βάρος (μετρούμενη σε daltons) μιας ουσίας, αλλά σε γραμμάρια, για την παρασκευή ενός διαλύματος με συγκεκριμένο αριθμό μορίων διαλυμένης ουσίας. Ένα mole μίας ουσίας έχει ακριβώς τον ίδιο αριθμό μορίων με ένα mole οποιασδήποτε άλλης ουσίας. Η επιτραπέζια ζάχαρη (σακχαρόζη), C12H22O11, έχει μοριακό βάρος 342 daltons. Για να αποκτήσετε ένα γραμμομόριο σακχαρόζης, ζυγίστε 342g. Το επιτραπέζιο άλας, NaCl, έχει μοριακό βάρος 58 daltons. Για να αποκτήσετε ένα γραμμομόριο αλατιού, ζυγίστε 58 γραμμάρια. Παρατηρήστε ότι χρειάζεστε σχεδόν έξι φορές περισσότερη σακχαρόζη για να αποκτήσετε τον ίδιο αριθμό μορίων σε ένα γραμμομόριο αλατιού.

Υπό κανονικές συνθήκες, το στερεό νερό βρίσκεται σε ισορροπία με το υγρό νερό στην κανονική του κατάψυξη θερμοκρασία 0'C, που σημαίνει ότι το νερό θα υπάρχει ικανοποιητικά είτε ως υγρό είτε ως στερεό, και θα αρχίσει να λιώνει ή παγώστε. Για αυτόν τον λόγο, ο πάγος καλύπτεται από ένα λεπτό στρώμα νερού. Τα μόρια στη στερεή φάση ανταλλάσσουν συνεχώς θέσεις με μόρια στην υγρή φάση. Αυτή η συμπεριφορά του νερού καθιστά δυνατή τη χρήση αλατιού για τήξη πάγου.

Το αλάτι που πασπαλίζεται σε καλυμμένους με πάγο δρόμους διαλύεται στη μεμβράνη του νερού που επικαλύπτει τον πάγο, δημιουργώντας μια λύση που δεν βρίσκεται πλέον στο σημείο πήξης. Τα στερεά μόρια ταξιδεύουν στην υγρή φάση, αλλά δεν επιστρέφουν πλέον στο στερεό. Συμβουλές ισορροπίας προς την υγρή φάση, όλο και περισσότερα μόρια βρίσκονται σε διάλυμα, λιώνοντας έτσι τον πάγο.