Umieść filiżankę z czystą wodą obok filiżanki zawierającej słoną wodę i stopniowo obniżaj temperaturę otoczenia. W temperaturze około 0 stopni Celsjusza (32 stopnie Fahrenheita) czysta woda zamarznie i stopniowo zamarznie, podczas gdy słona woda pozostanie płynna. W pewnej temperaturze poniżej temperatury, w której zamarzła woda słodka, zamarznie również woda słona. Rzeczywista różnica temperatur zależy od stężenia soli. Powód, dla którego tak się dzieje, ma związek z obecnością jonów soli w wodzie. Fizycznie zakłócają tendencję cząsteczek wody do układania się w strukturę krystaliczną.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Słona woda ma niższą temperaturę zamarzania niż czysta woda. Woda na powierzchni słonego lodu jest zimniejsza, więc lód jest zimniejszy niż lód z czystej wody.
Co się dzieje, gdy woda zamarza?
Każda cząsteczka wody jest kombinacją jednego atomu tlenu i dwóch atomów wodoru ułożonych w trójkąt. Ten asymetryczny układ nadaje cząsteczce polaryzację – jedna strona ma ładunek dodatni netto, a druga ujemna. Z powodu tej polaryzacji cząsteczki przyciągają się do siebie. Cząsteczki są jednak w ciągłym ruchu, wibrując i poruszając się wokół siebie bez przerwy. Kiedy obniżasz temperaturę, cząsteczki zwalniają, a ponieważ mają mniej energii, zaczynają się sklejać. W punkcie zamarzania energia ruchu jest tak niska, że cząsteczki łączą się w stałą strukturę.
Dodaj trochę soli
Chlorek sodu (NaCl) lub sól kamienna składa się z dodatnio naładowanego jonu sodu i ujemnego jonu chloru, połączonych ze sobą przez przyciąganie elektrostatyczne w strukturę sieciową. Po dodaniu soli do wody, polarne cząsteczki wody rozbijają strukturę i otaczają poszczególne jony, które rozpraszają się w roztworze. Gdy temperatura spada, jony zakłócają zdolność cząsteczek wody do tworzenia kryształów struktura, a mieszanina nie zamieni się w ciało stałe, dopóki nie obniżysz temperatury poniżej punktu zamarzania czystej woda. Nowa temperatura zamarzania zależy od stężenia soli, ale najniższy, jaki może osiągnąć, to -21,1 C (-5,98 F). Dzieje się tak przy nasyceniu, kiedy sól się nie rozpuszcza.
Lód o niższym punkcie zamarzania jest zimniejszy
Jeśli weźmiesz zamrożoną kostkę słonej wody, może być ona zimniejsza niż kostka czystej wody. Istnieje kilka powodów takiego stanu rzeczy. Po pierwsze, kostka lodu ze słonej wody, aby mogła zostać zamrożona, musi mieć niższą temperaturę niż kostka lodu z czystej wody.
Innym powodem jest to, że warstwa wody na powierzchni kostki również ma niższą temperaturę. Na powierzchni każdej kostki lodu zachodzi proces wymiany wody w stanie ciekłym i stałym. Obecność soli w wodzie obniża punkt równowagi tej wymiany poprzez obniżenie temperatury zamarzania ciekłej wody. W konsekwencji woda, którą czujesz na powierzchni kostki ze słoną wodą, jest zimniejsza niż na kostce czystej wody. Ta dynamika zapobiega również zamarzaniu wody, która wchodzi w kontakt z lodem, dlatego wydaje się, że sól topi lód.