Šiek tiek netikslu sakyti, kad druska tirpdo ledą, nors neabejotinai taip atrodo viskas, kai temperatūra yra netoli įprasto užšalimo taško. Tiksliau sakyti, kad druska sumažina vandens užšalimo tašką ir tai daro ištirpdama. Tai gali padaryti ne tik druska; bet kokia vandenyje ištirpusi medžiaga sumažina užšalimo tašką. Tai apima akmens druską. Tačiau kadangi akmens druskos granulės yra didesnės už valgomosios druskos granules ir jose yra daugiau netirpių priemaišų, jos ne taip gerai ištirpsta ir ne taip sumažina užšalimo temperatūrą.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Akmens druska ir valgomoji druska sumažina vandens užšalimo tašką, ištirpdamos joje. Kadangi akmens druskos dalelės yra didesnės ir jose yra priemaišų, akmens druskos dalelės ne tiek sumažina užšalimo temperatūrą, kiek valgomoji druska.
Medžiagos, kurios ištirpsta vandenyje
Vandens molekulė yra polinė. Kai vandenilio atomų pora susijungia su deguonies atomu, susidaro H2O, jie išsidėstę asimetriškai, kaip patarlės Mikio pelės ausys. Tai suteikia molekulei gryną teigiamą krūvį iš vienos pusės ir neigiamą krūvį iš kitos pusės. Kitaip tariant, kiekviena vandens molekulė yra tarsi mažytis magnetas.
Kad medžiaga ištirptų vandenyje, ji taip pat turi būti polinė molekulė arba ji turi sugebėti suskaidyti į polines molekules. Didelės organinės molekulės, sudarančios variklinę alyvą ir benziną, yra nepolinių molekulių, kurios netirps, pavyzdžiai. Poliarinės molekulės patekusios į vandenį pritraukia vandens molekules, kurios jas supa ir perneša į tirpalą.
Druska taip gerai ištirpsta, nes visiškai disocijuoja į teigiamus ir neigiamus vandenyje esančius jonus. Kuo daugiau druskos įdedate į tirpalą, tuo didesnė jonų koncentracija tampa tol, kol nelieka jokių vandens molekulių juos supa. Tuo metu tirpalas yra prisotintas ir daugiau druska negali ištirpti.
Kaip druska veikia užšalimo tašką
Kai vanduo užšąla, vandens molekulėms nepakanka energijos likti skystoje būsenoje, o elektrostatinė trauka tarp jų priverčia jas tapti tvirta struktūra. Pažvelgus kitu būdu, ištirpus vandeniui, molekulės įgyja pakankamai energijos, kad išvengtų jėgų, jungiančių jas į tvirtą struktūrą. Normaliu užšalimo tašku (32 F arba 0 C) yra pusiausvyra tarp šių dviejų procesų. Į kietąją būseną patenkančių molekulių skaičius yra toks pats kaip ir į skystą būseną patenkančių.
Tirpios medžiagos, tokios kaip druska, užima erdvę tarp molekulių ir veikia elektrostatiniu būdu, kad jos nebūtų atskiriamos, o tai leidžia vandens molekulėms ilgiau likti skystoje būsenoje. Tai sutrikdo pusiausvyrą esant normaliam užšalimo taškui. Tirpstančių molekulių yra daugiau, nei yra šaldančių molekulių, todėl vanduo ištirpsta. Tačiau jei sumažinsite temperatūrą, vanduo vėl užšals. Dėl druskos sumažėja užšalimo temperatūra, o druskos koncentracija toliau mažėja, kol tirpalas prisotinamas.
Roko druska neveikia taip gerai, kaip stalo druska
Tiek akmens druska, tiek valgomoji druska turi tą pačią cheminę formulę NaCl ir abi jos ištirpsta vandenyje. Pagrindinis skirtumas tarp jų yra tas, kad akmens druskos granulės yra didesnės, todėl jos netirpsta taip greitai. Kai vandens molekulės supa didelę granulę, jos palaipsniui pašalina jonus nuo paviršiaus ir tuos jonai turi nutolti į tirpalą, kol vandens molekulės gali susisiekti su jonais giliau granulė. Šis procesas gali vykti taip lėtai, kad vanduo gali sustingti, kol dar neištirps visa druska.
Kita akmens druskos problema yra ta, kad ji yra nerafinuota ir joje gali būti netirpių priemaišų. Šios priemaišos gali nutekėti į tirpalą, tačiau jos nebus apsuptos vandens molekulių ir neturės įtakos vandens molekulių patrauklumui viena kitai. Atsižvelgiant į šių priemaišų koncentraciją, svorio vienete yra mažiau druskos, kaip ir rafinuotoje valgomojoje druskoje.