Miksi suola sulaa jäätä nopeammin kuin sokeri?

Kun tiet peitetään jääpeitteessä, mikä tekee tavallisesta autosta mahdollisen vaaran, tavallisen suolan käyttö tien peittämiseksi liuottaa jään. Mutta miksi tämä toimii? Eikö sokeri, myös valkoinen, kiteinen yhdiste, jota on vaikea erottaa suolasta maistamatta, myöskään toimisi?

Aseta kolme pulloa kotipakastimeen, yksi sisältää vesijohtovettä, toinen kyllästetyllä suolaliuoksella ja kolmas kyllästetyllä sokeriliuoksella. Löydät, että vesijohtovesi jäätyy odotetusti. Sokerivedestä tulee sulavaa jäätyneiden laikkujen kanssa, mutta suolavesi ei jääty ollenkaan. Tämä ilmiö osoittaa jäätymispisteen masennusta.

Jäätymispisteen masennus viittaa havaintoon, että puhtaalla aineella (ts. Vedellä) on tietty sulamis- / jäätymispiste (0'C), mutta lisäys epäpuhtauden (so. suola, sokeri) alentaminen sekä tämän lämpötilan alentaminen levittää sitä, joten sulaminen / jäätyminen on vähemmän määriteltyä, diffuusisempaa kohta. Mitä suurempi epäpuhtauden määrä, sitä alhaisempi sulamis- / jäätymispiste. Toisin sanoen jäätymispisteen masennus on kolligatiivinen ominaisuus. Ja kun on kyse liuosten kolligatiivisista ominaisuuksista, kyse on liuenneen aineen molekyylien lukumäärästä, ei liuenneen aineen tyypistä, Verrattaessa kahta liuosta, joista kukin sisältää saman määrän joko suolaa tai sokeria, suolaliuos laskee jäätymispistettä edelleen. Tämä johtuu siitä, että 1 gramma suolaa sisältää enemmän suolamolekyylejä kuin 1 g sokeri sisältää sokerimolekyylejä.

Kemistit käyttävät moolia, yksikköä, joka on yhtä suuri kuin aineen molekyylipaino (mitattuna daltoneina), mutta grammoina, valmistamaan liuos, jossa on tietty määrä liuenneita molekyylejä. Yhden aineen moolissa on täsmälleen sama määrä molekyylejä kuin minkä tahansa muun aineen moolissa. Pöytäsokerin (sakkaroosi), C12H22O11, molekyylipaino on 342 daltonia. Yhden moolin sakkaroosin saamiseksi punnitaan 342 g. Pöytäsuolan, NaCl, molekyylipaino on 58 daltonia. Saadaksesi yhden moolin suolaa, punnitse 58 g. Huomaa, että tarvitset melkein kuusi kertaa enemmän sakkaroosia saadaksesi saman määrän molekyylejä yhteen mooliin suolaa.

Normaaleissa olosuhteissa kiinteä vesi on tasapainossa nestemäisen veden kanssa normaalissa jäätymisvaiheessaan lämpötila on 0'C, mikä tarkoittaa, että vesi esiintyy tyydyttävästi joko nestemäisenä tai kiinteänä aineena ja alkaa sulaa tai jäätyä. Tästä syystä jäätä peittää ohut vesikerros. Kiinteässä faasissa olevat molekyylit vaihtelevat jatkuvasti paikkoja nestefaasissa olevien molekyylien kanssa. Tämä veden käyttäytyminen tekee mahdolliseksi käyttää suolaa jään sulattamiseen.

Jääpeitteisille teille ripoteltu suola liukenee jäätä peittävään vesikalvoon luoden liuoksen enää jäätymispisteessään. Kiinteät molekyylit kulkevat nestefaasiin, mutta eivät enää muutu takaisin kiinteäksi. Tasapainovinkit nestefaasia kohti, yhä useampi molekyyli löytää itsensä liuokseen sulattaen siten jään.