Perché il sale scioglie il ghiaccio più velocemente dello zucchero?

Quando le strade sono ricoperte da una coltre di ghiaccio, rendendo i viaggi delle normali auto un potenziale pericolo, l'uso di sale comune per coprire le strade dissolve il ghiaccio. Ma perché funziona? E non funzionerebbe anche lo zucchero, un composto bianco e cristallino, difficile da distinguere dal sale senza sapore?

Metti tre bottiglie in un congelatore domestico, una contenente acqua di rubinetto, una seconda con una soluzione salina satura e una terza con una soluzione satura di zucchero. Troverai che l'acqua del rubinetto si congela come previsto. L'acqua zuccherata diventa fangosa con macchie congelate, ma l'acqua salata non si congelerà affatto. Questo fenomeno dimostra la depressione del punto di congelamento.

La depressione del punto di congelamento si riferisce all'osservazione che una sostanza pura (cioè l'acqua) ha un punto di fusione/congelamento definito (0'C), ma l'aggiunta di un'impurità (es. sale, zucchero), oltre ad abbassare questa temperatura, la diffonde anche per cui si ha uno scioglimento/congelamento meno definito, più diffuso punto. Maggiore è la quantità dell'impurezza, minore è il punto di fusione/congelamento. In altre parole, la depressione del punto di congelamento è una proprietà colligativa. E quando si tratta di proprietà colligative delle soluzioni, è il numero di molecole di soluto che conta, non il tipo di soluto, Confrontando due soluzioni, ciascuna contenente la stessa quantità di sale o zucchero, la soluzione salina abbasserà il punto di congelamento ulteriore. Questo perché 1 grammo di sale contiene più molecole di sale di quanto 1 g di zucchero contenga molecole di zucchero.

I chimici usano le moli, un'unità in numero pari al peso molecolare (misurato in dalton) di una sostanza, ma in grammi, per preparare una soluzione con un numero specificato di molecole di soluto. Una mole di una sostanza ha esattamente lo stesso numero di molecole di una mole di qualsiasi altra sostanza. Lo zucchero da tavola (saccarosio), C12H22O11, ha un peso molecolare di 342 dalton. Per ottenere una mole di saccarosio, pesare 342 g. Il sale da tavola, NaCl, ha un peso molecolare di 58 dalton. Per ottenere una mole di sale, pesare 58 g. Nota che hai bisogno di quasi sei volte più saccarosio per ottenere lo stesso numero di molecole in una mole di sale.

In condizioni normali, l'acqua solida è in equilibrio con l'acqua liquida al suo congelamento standard temperatura di 0'C, il che significa che l'acqua esisterà con soddisfazione sia come liquido che come solido e inizierà a sciogliersi o congelare. Per questo motivo il ghiaccio è ricoperto da un sottile strato d'acqua. Le molecole in fase solida si scambiano costantemente di posto con le molecole in fase liquida. Questo comportamento dell'acqua rende possibile utilizzare il sale per sciogliere il ghiaccio.

Il sale spruzzato sulle strade ricoperte di ghiaccio si dissolve nel velo d'acqua che ricopre il ghiaccio, creando una soluzione non più al punto di congelamento. Le molecole solide viaggiano nella fase liquida, ma non ritornano più nel solido. L'equilibrio punta verso la fase liquida, sempre più molecole si trovano in soluzione, sciogliendo così il ghiaccio.