Szybkość, z jaką topi się kostka lodu, jest generalnie funkcją tego, ile energii lub ciepła jest przyłożone do kostki. Jednak inne czynniki wpływają na tempo topnienia lodu. Minerały znajdujące się w wodzie przed zamrożeniem mogą wpływać na atomową i molekularną prędkość topnienia. Dwa podstawowe związki, które wpłyną na to, to cukier i sól.
Eksperyment zamrażania
Typowy eksperyment, aby zobaczyć, jak cukier i sól działają w kostce lodu, polega na zamrożeniu wody zawierającej te dwa składniki. Tworząc równe miary soli i cukru, dodaj związki do kilku tac na kostki lodu. Wlej taką samą ilość wody do każdego stojaka na kostki i wymieszaj cukier lub sól najlepiej jak potrafisz. Upewnij się również, że masz kontrolę w eksperymencie, mając tackę na kostki lodu z samą wodą w każdej kieszeni na kostki. Włóż tacki na lód do zamrażarki i poczekaj, aż wszystkie tacki zostaną zamrożone. Wyjmij każdy zestaw kostek lodu (cukier, sól i zwykłą wodę) i zacznij odliczać tempo, w jakim każda kostka lodu się topi.
Chemia Wyjaśnienie
Według uczniów z okręgu szkolnego Selah w stanie Waszyngton eksperymenty z kostkami lodu zawierające sól i cukier powinny wskazywać, że kostki z cukrem i solą topią się szybciej niż kostki zawierające tylko normalne woda. W rzeczywistości kostki lodu zawierające cukier powinny topić się szybciej niż kostki z solą. Powodem jest absorpcja ciepła. Sól lub cukier w kostce lodu pochłania otaczającą energię cieplną szybciej niż zamrożona woda. Ponieważ sól i cukier tak szybko pochłaniają tę energię cieplną, cząsteczki wody poruszają się szybciej, co skutkuje szybszym tempem topnienia. Jest to jeden z powodów, dla których miasta używają soli do topienia lodu: sól szybciej pochłania energię cieplną, a tym samym przyspiesza topnienie.
Kostki lodu w wodzie
Kolejny eksperyment polega na wzięciu kostek lodu i umieszczeniu ich w trzech różnych kubkach wody. W jednym kubku na wodę powinna znajdować się zwykła woda z kranu. Jednak kolejne filiżanki powinny zawierać odpowiednio cukier i sól. Umieść kostki we wszystkich trzech filiżankach i zmierz czas ich rozpuszczenia. W przeciwieństwie do poprzedniego eksperymentu, kostki lodu w zwykłej wodzie powinny topić się szybciej niż kostki lodu w cukrze lub słonej wodzie. Dzieje się tak, ponieważ woda słona i woda z cukrem są gęstsze niż zwykła woda. Gęstość tej wody utrudnia skuteczne topienie kostek lodu, ponieważ każda woda, która się topi, pozostaje na wierzchu. W przypadku normalnej wody kostka topi się, a uwolniona woda skuteczniej rozcieńcza się w otaczającym płynie.
Eksperyment sznurkowy
Typowy eksperyment z kostkami lodu wymaga użycia kawałka sznurka z solą. Umieść jeden koniec sznurka na kostce lodu i posyp niewielką ilością soli. Sól stopi górną warstwę kostki, ale ponieważ jest jeszcze stosunkowo zimna, woda w stanie ciekłym ponownie zamarznie. W rezultacie kostka lodu uformuje się wokół sznurka, pozwalając osobie pociągnąć za sznurek i przeciągnąć kostkę. Co ciekawe, cukier nie jest tak skuteczny, ponieważ cukier zbyt szybko stopi kostkę lodu, aby lód mógł ponownie zamrozić.