Šalia puodelio, kuriame yra sūraus, padėkite puodelį su grynu vandeniu ir palaipsniui mažinkite aplinkos temperatūrą. Maždaug 0 laipsnių šilumos (32 laipsniai pagal Celsijų) grynas vanduo apledės ir palaipsniui užšals, kol sūrus vanduo išliks skystas. Esant tam tikrai temperatūrai žemiau tos temperatūros, kurioje užšaldavo gėlas vanduo, sūrus vanduo taip pat užšals. Faktinis temperatūrų skirtumas priklauso nuo druskos koncentracijos. Priežastis tai yra susijusi su druskos jonų buvimu vandenyje. Jie fiziškai trukdo vandens molekulių polinkiui išsirikiuoti į kristalų struktūrą.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Sūraus vandens užšalimo temperatūra yra žemesnė nei gryno vandens. Druskingo ledo paviršiuje vanduo yra šaltesnis, todėl ledas jaučiasi šaltesnis nei gryno vandens ledas.
Kas atsitinka užšalus vandeniui?
Kiekviena vandens molekulė yra vieno deguonies ir dviejų vandenilio atomų, išsidėsčiusių trikampyje, derinys. Šis asimetriškas išdėstymas suteikia molekulei poliškumą - viena pusė turi grynąjį teigiamą krūvį, o kita pusė yra neigiama. Dėl šio poliškumo molekulės traukia viena kitą. Tačiau molekulės yra pastovaus judesio, be paliovos vibruoja ir juda aplink viena kitą. Kai žeminate temperatūrą, molekulės sulėtėja, ir kadangi jose yra mažiau energijos, jos pradeda klijuoti viena prie kitos. Užšalimo taške judėjimo energija yra tokia maža, kad molekulės susijungia į vientisą struktūrą.
Pridėti šiek tiek druskos
Natrio chloridas (NaCl) arba akmens druska susideda iš teigiamai įkrauto natrio jono ir neigiamo chloro jono, sujungto elektrostatinės traukos būdu į grotelių struktūrą. Įdėjus druskos į vandenį, polinės vandens molekulės sulaužo struktūrą ir supa atskirus jonus, kurie išsisklaido tirpale. Žemėjant temperatūrai, jonai trukdo vandens molekulėms sudaryti kristalą struktūrą, ir mišinys netaps kietu, kol nesumažinsite temperatūros žemiau gryno užšalimo taško vandens. Nauja užšalimo temperatūra priklauso nuo druskos koncentracijos, tačiau mažiausia, kokia ji gali būti, yra –21,1 C (–5,98 F). Tai įvyksta prisotinus, kai daugiau druskos neištirps.
Ledas su žemesniu užšalimo tašku jaučiasi šaltesnis
Jei paimsite užšaldytą sūraus vandens kubą, jis gali atrodyti šaltesnis nei gryno vandens kubas. Tam yra pora priežasčių. Viena yra ta, kad norint sušalti, sūraus vandens ledo kubelis turi būti žemesnėje temperatūroje nei gryno vandens ledo kubas.
Kita priežastis yra ta, kad paviršinis vandens sluoksnis ant kubo taip pat yra žemesnės temperatūros. Kiekvieno ledo kubelio paviršiuje vyksta vandens mainai skystoje ir kietoje būsenose. Druskos buvimas vandenyje sumažina šios mainų pusiausvyros tašką sumažindamas skysto vandens užšalimo tašką. Vadinasi, vanduo, kurį jaučiate sūraus vandens kubo paviršiuje, yra šaltesnis nei gryno vandens kubelio. Ši dinamika taip pat neleidžia užšalti vandeniui, besiliečiančiam su ledu, todėl atrodo, kad druska tirpdo ledą.