מדוע מלח רוק הופך את הקרח לקריר יותר?

הניחו כוס המכילה מים טהורים לצד כליה המכילה מים מלוחים והורידו בהדרגה את טמפרטורת הסביבה. בסביבות 0 מעלות צלזיוס (32 מעלות פרנהייט) המים הטהורים יקרו ויתקפאו בהדרגה בזמן שהמים המלוחים נותרים נוזלים. בטמפרטורה מסוימת מתחת לזו בה קפאו המים המתוקים, גם מי המלח יקפאו. הפרש הטמפרטורה בפועל תלוי בריכוז המלח. הסיבה שזה קורה קשורה לנוכחותם של יוני מלח במים. הם מפריעים פיזית לנטייה של מולקולות המים להתיישר למבנה גביש.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

מים מלוחים הם בעלי נקודת קפיאה נמוכה יותר מאשר מים טהורים. המים על פני קרח מלוח קרים יותר, ולכן הקרח מרגיש קר יותר מקרח מים טהורים.

כל מולקולת מים היא שילוב של חמצן אחד ושני אטומי מימן המסודרים במשולש. סידור א-סימטרי זה מקנה למולקולה קוטביות - לצד אחד יש מטען חיובי נטו ואילו לצד השני שלילי. בגלל הקוטביות הזו, המולקולות נמשכות זו לזו. המולקולות נמצאות בתנועה מתמדת, לעומת זאת, רוטטות ומתנועעות זו בזו ללא הפסקה. כשאתה מוריד את הטמפרטורה, המולקולות מאטות ומכיוון שיש להן פחות אנרגיה, הן מתחילות להיצמד זו לזו. בנקודת הקפאה, אנרגיית התנועה נמוכה כל כך שהמולקולות מתאחדות למבנה מוצק.

נתרן כלורי (NaCl), או מלח סלעים, מורכב מיון נתרן טעון חיובי ו יון כלור שלילי המחוברים יחד על ידי משיכה אלקטרוסטטית למבנה סריג. כשאתה מכניס את המלח למים, מולקולות המים הקוטביות שוברות את המבנה ומקיפות את היונים הבודדים, המתפזרים לתמיסה. כאשר הטמפרטורה יורדת, היונים מפריעים ליכולתם של מולקולות המים ליצור גביש המבנה והתערובת לא תהפוך למוצקה עד שתוריד את הטמפרטורה מתחת לנקודת הקפאה של טהור מים. נקודת הקפאה החדשה תלויה בריכוז המלח, אך הנמוכה ביותר שהיא יכולה להגיע היא -21.1 צלזיוס (-5.98 צלזיוס). זה קורה ברוויה, כאשר שום מלח לא יתמוסס יותר.

אם תרים קוביית מים מלוחים קפואה, היא עשויה להרגיש קרה יותר מקוביית מים טהורים. יש לכך כמה סיבות. האחת היא שכדי להקפיא, קוביית קרח עם מי מלח צריכה להיות בטמפרטורה נמוכה יותר מקוביית קרח מים טהורים.

הסיבה הנוספת היא ששכבת פני השטח של המים בקוביה גם היא בטמפרטורה נמוכה יותר. על פני כל קוביית קרח, מתרחש תהליך החלפה בין מים במצב הנוזלי והמוצק. הימצאות מלח במים מורידה את נקודת שיווי המשקל של חילופי הדברים על ידי הורדת נקודת הקפאה של המים הנוזלים. כתוצאה מכך, המים שאתה מרגיש על פני קוביית מי מלח הם קרים יותר מאשר בקוביית מים טהורים. דינמיקה זו גם מונעת מהקפאה של מים שבאים במגע עם הקרח, ולכן נראה כי מלח נמס קרח.