Waarom smelt water ijs?

Terwijl je op een warme dag buiten zit, zie je het ijs in je glas water langzaam smelten. Later dump je wat ijs uit een koeler in de gootsteen en zet je het water aan om het ijs te smelten. Je kunt die truc echter niet altijd gebruiken. Op een koude winterdag kun je bijvoorbeeld geen glas water op de met ijs bedekte voorruit van je auto gieten; dat zal het ijs niet doen smelten. Water smelt ijs, maar alleen onder bepaalde omstandigheden.

Smelten is per definitie het proces waarbij een stof verandert van een vaste fase in een vloeibare fase. Het smeltproces is een endotherm proces, wat betekent dat warmte-energie moet worden geabsorbeerd om het te laten plaatsvinden. Deze warmte-energie komt uit een omgeving die meer energie en een hogere temperatuur heeft dan de te smelten stof. Alleen door een temperatuurverschil wordt warmte-energie overgedragen, waardoor er een stof te smelten (of op zijn minst in temperatuur te stijgen) terwijl de omgeving in temperatuur daalt. De smelttemperatuur (het smeltpunt genoemd) is voor verschillende stoffen verschillend.

De meesten van ons kennen het smeltpunt van ijs: 0 graden Celsius of 32 graden Fahrenheit. Als de temperatuur van ijs onder dit aantal ligt, blijft het stevig; als de temperatuur van het ijs boven dit aantal wordt verhoogd, verandert het ijs in vloeibaar water. Als ijs in contact komt met water, weten we dat het ijs onder de 0 graden Celsius moet zijn en het water hoger dan 0 graden Celsius. Door het temperatuurverschil zal er warmteoverdracht plaatsvinden. Het resultaat is dat het water in temperatuur daalt en het ijs in temperatuur stijgt.

Dit hangt af van met hoeveel ijs je bent begonnen, de begintemperatuur van het ijs, hoeveel water er is gebruikt en de begintemperatuur van het water. Als je een paar ijsblokjes in een glas warm water doet, zou je het resultaat al moeten weten: het water zal afkoelen en de ijsblokjes zullen smelten. In dit geval is er voldoende water met een starttemperatuur die hoog genoeg is om niet alleen de temperatuur van de ijsblokjes te verhogen, maar ze ook te laten smelten.

Het zou nu logisch moeten zijn dat niet alle gevallen van het toevoegen van water ijs zullen doen smelten. Ook al heeft het water een hogere temperatuur dan het ijs, als er aanzienlijk meer ijs dan water is, of als de temperatuur van het ijs is in het begin erg laag, dan zal er niet genoeg warmte-energie worden overgedragen om de temperatuur van het ijs te verhogen en het te smelten, te.

Water smelt ijs omdat het een hogere temperatuur heeft dan het ijs, dus warmte-energie wordt overgedragen van het water naar het ijs. Aangezien het wetenschappelijke principe dat hier aan het werk is het idee van warmteoverdracht is, is het niet nodig dat water wordt gebruikt om ijs te smelten. Elke stof (vast, vloeibaar of gas) die een hogere temperatuur heeft dan het ijs, kan warmte-energie overbrengen om het ijs te smelten.