Gdy drogi pokryte są warstwą lodu, co sprawia, że zwykły samochód może stanowić potencjalne zagrożenie, stosowanie soli kuchennej do pokrywania jezdni rozpuszcza lód. Ale dlaczego to działa? A czy cukier, również biały, krystaliczny związek, trudny do odróżnienia od soli bez smaku, nie zadziałałby równie dobrze?
Eksperyment
Umieść trzy butelki w domowej zamrażarce, jedną z wodą z kranu, drugą z nasyconym roztworem soli, a trzecią z nasyconym roztworem cukru. Woda z kranu zamarznie zgodnie z oczekiwaniami. Woda z cukrem staje się błotna z zamarzniętymi plamami, ale słona woda w ogóle nie zamarza. Zjawisko to pokazuje obniżenie temperatury zamarzania.
Depresja punktu zamarzania
Obniżenie temperatury krzepnięcia odnosi się do obserwacji, że czysta substancja (tj. woda) ma określoną temperaturę topnienia/krzepnięcia (0'C), ale dodatek zanieczyszczenia (tj. sól, cukier), a także obniżenie tej temperatury, również ją rozprzestrzenia, dzięki czemu następuje mniej wyraźne, bardziej rozproszone topienie/zamrażanie punkt. Im większa ilość zanieczyszczeń, tym niższa temperatura topnienia/krzepnięcia. Innymi słowy, depresja w punkcie zamarzania jest właściwością koligatywną. A jeśli chodzi o koligatywne właściwości roztworów, liczy się liczba cząsteczek substancji rozpuszczonej, a nie rodzaj substancji rozpuszczonej, Porównując dwa roztwory, z których każdy zawiera taką samą ilość soli lub cukru, roztwór soli obniży temperaturę zamarzania dalej. Dzieje się tak, ponieważ 1 gram soli zawiera więcej cząsteczek soli niż 1 g cukru zawiera cząsteczki cukru.
Stężenie substancji rozpuszczonej
Chemicy używają moli, jednostki liczby równej masie cząsteczkowej (mierzonej w daltonach) substancji, ale w gramach, aby przygotować roztwór o określonej liczbie cząsteczek substancji rozpuszczonej. Mol jednej substancji ma dokładnie taką samą liczbę cząsteczek, jak mol jakiejkolwiek innej substancji. Cukier stołowy (sacharoza), C12H22O11, ma masę cząsteczkową 342 daltonów. Aby otrzymać jeden mol sacharozy, zważ 342g. Sól kuchenna, NaCl, ma masę cząsteczkową 58 daltonów. Aby otrzymać 1 mol soli, zważ 58g. Zauważ, że potrzebujesz prawie sześć razy więcej sacharozy, aby uzyskać taką samą liczbę cząsteczek w jednym molu soli.
Równowaga lodu i wody
W normalnych warunkach woda w stanie stałym jest w równowadze z wodą w stanie ciekłym przy standardowym zamarzaniu temperatura 0'C, co oznacza, że woda będzie z zadowoleniem istnieć jako ciecz lub ciało stałe i zacznie się topić lub zamrozić. Z tego powodu lód pokryty jest cienką warstwą wody. Cząsteczki w fazie stałej stale zamieniają się miejscami z cząsteczkami w fazie ciekłej. Takie zachowanie wody umożliwia użycie soli do topienia lodu.
Topniejący lód
Sól rozsypana na pokrytych lodem drogach rozpuszcza się w powłoce wody pokrywającej lód, tworząc roztwór, który nie jest już w punkcie zamarzania. Cząsteczki stałe wędrują do fazy ciekłej, ale nie wracają już do ciała stałego. Zrównoważyć końcówki w kierunku fazy ciekłej, coraz więcej cząsteczek znajduje się w roztworze, topiąc w ten sposób lód.