מה גורם לנקודת הקפאה נמוכה יותר?

שני סוגים של שינויים, אחד כימי ואחד פיזיקלי, יכולים להשפיע על נקודת הקפאה של חומר. ניתן להוריד את נקודת הקפאה של נוזלים מסוימים על ידי ערבוב של חומר מסיס שני. כך מלח דרכים מונע מהמיסה להתרענן בטמפרטורות קרות. הגישה הפיזית, שינוי הלחץ, יכולה גם להוריד את נקודת הקפאה של נוזל; זה יכול גם לייצר צורות מוצקות יוצאות דופן של חומר שלא נראה בלחץ אטמוספרי רגיל.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

נוזל לרדיאטה מוריד את נקודת הקפיאה של המים, ושומר על נוזלים בטמפרטורות נמוכות. גם סוכר וגם מלח יעשו זאת, אם כי במידה פחותה.

כוחות חשמליים בין מולקולות קובעים את הטמפרטורות בהן חומר קופא ורותח; ככל שהכוחות חזקים יותר, הטמפרטורה גבוהה יותר. מתכות רבות, למשל, קשורות לכוחות חזקים; נקודת ההיתוך של הברזל היא 1,535 מעלות צלזיוס (2,797 מעלות פרנהייט). הכוחות בין מולקולות המים חלשים במידה ניכרת; מים קופאים באפס מעלות צלזיוס (32 מעלות צלזיוס). תערובות ממס ושינויים בלחץ מפחיתים את הכוחות בין מולקולות, ומורידים את נקודת הקפאה של נוזלים.

על ידי ערבוב נוזל אחד עם חומר תואם אחר, אתה מוריד את נקודת הקפאה של הנוזל. החומרים חייבים להיות תואמים כדי להבטיח ערבוב מלא; נפט ומים, למשל, נפרדים ולא ישנו את נקודת הקפאה. לתערובת של מלח שולחן ומים נקודת קפיאה נמוכה יותר, כמו גם תערובת מים-אלכוהול. כימאים יכולים לחזות את הפרש הטמפרטורה בנקודת הקפאה על ידי יישום נוסחה המתחשבת בכמויות החומר המעורב ובקבוע הקשור לחומר השני. לדוגמא, אם מחשבים מים ונתרן כלוריד והתוצאה היא -2, פירוש הדבר שנקודת הקפאה של התערובת נמוכה ב -2 מעלות צלזיוס מאשר במים טהורים.

שינויים בלחץ יכולים להעלות או להוריד את נקודת הקפאה של חומר. בדרך כלל, לחצים נמוכים מ -1 אטמוספירה מורידים את הטמפרטורה בה חומר קופא, אך עבור מים, לחץ גבוה יותר נותן נקודת הקפאה נמוכה יותר. הכוח משינוי לחץ מתגלה לכוחות המולקולריים שכבר משחקים בחומר. עבור מים בלחצים נמוכים, אדים הופכים ישירות לקרח מבלי להפוך לנוזל.

למים מספר שלבים מוצקים, כל אחד מהם נצפה בכמויות שונות של לחץ. קרח סטנדרטי, אשר המדענים מכנים "קרח I", קיים בלחץ אטמוספרי ובעל מבנה גביש משושה אופייני. בטמפרטורות מתחת למינוס 80 מעלות צלזיוס (מינוס 112 מעלות צלזיוס), גבישי קרח מעוקבים יכולים להיווצר מאדים באטמוספירה אחת של לחץ. בלחצים גבוהים נוצרים סוגים אקזוטיים של קרח; מדענים מזהים אותם כקרח II עד קרח XV. צורות קרח אלה יכולות להישאר מוצקות בטמפרטורות העולות על 100 מעלות צלזיוס - נקודת הרתיחה של מים באטמוספירה אחת של לחץ.