זה קצת לא מדויק לומר שמלח נמס קרח, אם כי ככה בהחלט הדברים נראים בטמפרטורות ליד נקודת הקפיאה הרגילה. נכון יותר לומר שמלח מוריד את נקודת הקפאה של המים, והוא עושה זאת על ידי התמוססות. לא רק מלח יכול לעשות זאת; כל חומר שמתמוסס במים מוריד את נקודת הקפאה. זה כולל מלח סלעים. עם זאת, מכיוון שגרגירי מלח סלע גדולים יותר מגרגירי מלח שולחן ומכילים זיהומים בלתי מסיסים יותר, הם אינם מתמוססים גם כן ואינם מורידים את נקודת הקפאה באותה מידה.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
מלח סלעים ומלח שולחן שניהם מורידים את נקודת הקפאה של מים על ידי התמוססות בהם. אולם מכיוון שחלקיקי מלח סלע גדולים יותר ומכילים זיהומים, חלקיקי מלח הסלע אינם מורידים את נקודת הקפאה כמו מלח שולחן.
חומרים הנמסים במים
מולקולת המים היא קוטבית. כאשר זוג אטומי מימן נקשרים עם אטום חמצן ליצירת H2הו, הם מסדרים את עצמם בצורה לא סימטרית, כמו אוזני מיקי מאוס הפתגמיות. זה נותן למולקולה מטען חיובי נטו מצד אחד ומטען שלילי מצד שני. במילים אחרות, כל מולקולת מים היא כמו מגנט זעיר.
כדי שחומר יתמוסס במים, עליו להיות גם מולקולה קוטבית, או שהוא צריך להיות מסוגל לפרוץ למולקולות קוטביות. המולקולות האורגניות הגדולות המרכיבות שמן מנוע ובנזין הן דוגמאות למולקולות לא קוטביות שלא יתמוססו. כאשר מולקולות קוטביות נכנסות למים, הן מושכות מולקולות מים המקיפות אותן ומובילות אותן לפיתרון.
מלח מתמוסס כל כך טוב מכיוון שהוא מתנתק לחלוטין ליונים חיוביים ושליליים במים. ככל שאתה מכניס יותר מלח לתמיסה, כך ריכוז היונים הופך גבוה יותר עד שלא נותרים מולקולות מים להקיף אותן. בשלב זה, התמיסה רוויה, ולא יכול להמיס יותר מלח.
איך מלח משפיע על נקודת הקפאה
כאשר מים קופאים, למולקולות המים אין מספיק אנרגיה כדי להישאר במצב נוזלי, והמשיכה האלקטרוסטטית ביניהן מכריחה אותן למבנה מוצק. התבוננו בדרך אחרת, כאשר מים נמסים, המולקולות צוברות אנרגיה מספקת כדי לברוח מהכוחות המחברים אותם למבנה מוצק. בנקודת הקפאה הרגילה (32 F או 0 C), יש שיווי משקל בין שני התהליכים הללו. מספר המולקולות הנכנסות למצב מוצק זהה למספר הנכנס למצב הנוזלי.
מומסים כמו מלח תופסים מקום בין המולקולות ופועלים בצורה אלקטרוסטטית כדי להפריד אותם, מה שמאפשר למולקולות המים להישאר במצב נוזלי זמן רב יותר. זה מפר את שיווי המשקל בנקודת הקפאה הרגילה. יש יותר מולקולות שנמסות מאשר יש מולקולות שקופאות, ולכן המים נמסים. עם זאת, אם תוריד את הטמפרטורה, המים יוקפאו שוב. נוכחות המלח גורמת לירידת טמפרטורת ההקפאה והיא ממשיכה לרדת בריכוז המלח עד לרווחת התמיסה.
מלח רוק לא עובד כמו מלח שולחן
גם למלח סלעים וגם למלח שולחן יש אותה נוסחה כימית, NaCl, ושניהם מתמוססים במים. ההבדל העיקרי ביניהם הוא שגרגירי מלח הסלע גדולים יותר, ולכן הם לא מתמוססים באותה מהירות. כאשר מולקולות מים מקיפות גרגיר גדול, הן מפשילות יונים מפני השטח ואלה יונים צריכות להיסחף לתמיסה לפני שמולקולות המים יכולות ליצור קשר עם יונים עמוק יותר בתוך גַרגִיר. תהליך זה יכול לקרות כל כך לאט שהמים עלולים לקפוא לפני שכל המלח נמס.
בעיה נוספת במלח סלעים היא שהוא לא מזוקק ועשוי להכיל זיהומים בלתי מסיסים. זיהומים אלה עשויים להיסחף לתמיסה, אך הם לא יהיו מוקפים במולקולות מים ואינם משפיעים על המשיכה שיש למולקולות המים זה לזה. בהתאם לריכוז של זיהומים אלה, יש פחות מלח זמין ליחידת משקל כמו שיש במלח שולחן מזוקק.