Zet een kopje met zuiver water naast een kopje met zout water en verlaag de omgevingstemperatuur geleidelijk. Bij ongeveer 0 graden Celsius (32 graden Fahrenheit) zal het zuivere water bevriezen en geleidelijk bevriezen terwijl het zoute water vloeibaar blijft. Bij een bepaalde temperatuur beneden die waarbij het zoete water bevriest, zal het zoute water ook bevriezen. Het werkelijke temperatuurverschil is afhankelijk van de zoutconcentratie. De reden dat dit gebeurt heeft te maken met de aanwezigheid van zoutionen in het water. Ze interfereren fysiek met de neiging van de watermoleculen om zich in een kristalstructuur op te stellen.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Zout water heeft een lager vriespunt dan zuiver water. Het water op het oppervlak van zout ijs is kouder, dus het ijs voelt kouder aan dan puur waterijs.
Wat gebeurt er als water bevriest?
Elk watermolecuul is een combinatie van één zuurstof- en twee waterstofatomen die in een driehoek zijn gerangschikt. Deze asymmetrische opstelling geeft het molecuul een polariteit - de ene kant heeft een netto positieve lading terwijl de andere kant negatief is. Door deze polariteit worden de moleculen tot elkaar aangetrokken. De moleculen zijn echter constant in beweging, trillen en bewegen onophoudelijk om elkaar heen. Als je de temperatuur verlaagt, vertragen de moleculen, en omdat ze minder energie hebben, gaan ze aan elkaar plakken. Op het vriespunt is de bewegingsenergie zo laag dat de moleculen samensmelten tot een vaste structuur.
Voeg wat zout toe
Natriumchloride (NaCl), of steenzout, bestaat uit een positief geladen natriumion en een negatief chloorion die door elektrostatische aantrekking aan elkaar zijn gebonden tot een roosterstructuur. Wanneer je het zout in water doet, breken de polaire watermoleculen de structuur en omringen de individuele ionen, die in oplossing uiteenvallen. Wanneer de temperatuur daalt, interfereren de ionen met het vermogen van de watermoleculen om een kristal te vormen structuur, en het mengsel verandert pas in een vaste stof als je de temperatuur onder het vriespunt van pure brengt water. Het nieuwe vriespunt hangt af van de zoutconcentratie, maar het laagste dat het kan gaan is -21,1 C (-5,98 F). Dit gebeurt bij verzadiging, wanneer er geen zout meer zal oplossen.
IJs met een lager vriespunt voelt kouder aan
Als je een bevroren blokje zout water oppakt, kan het kouder aanvoelen dan een blokje puur water. Hier zijn een aantal redenen voor. Een daarvan is dat, om te worden ingevroren, een zoutwaterijsblokje op een lagere temperatuur moet zijn dan een puur waterijsblokje.
De andere reden is dat de oppervlaktelaag van water op de kubus ook een lagere temperatuur heeft. Op het oppervlak van elk ijsblokje vindt een uitwisselingsproces plaats tussen water in vloeibare en vaste toestand. De aanwezigheid van zout in het water verlaagt het evenwichtspunt van deze uitwisseling door het vriespunt van het vloeibare water te verlagen. Bijgevolg is het water dat je voelt op het oppervlak van een zoutwaterkubus kouder dan dat op een zuiver waterkubus. Deze dynamiek voorkomt ook dat water dat in contact komt met het ijs bevriest, waardoor zout ijs lijkt te smelten.