Когда дороги покрыты слоем льда, что делает поездку на обычном автомобиле потенциальной опасностью, использование поваренной соли для покрытия проезжей части растворяет лед. Но почему это работает? И разве сахар, тоже белое кристаллическое соединение, трудно отличить от соли без дегустации, тоже работает?
Эксперимент
Поместите три бутылки в домашнюю морозильную камеру: одна с водопроводной водой, вторая с насыщенным раствором соли и третья с насыщенным раствором сахара. Как и ожидалось, вода из-под крана замерзнет. Вода с сахаром становится густой с замороженными пятнами, но соленая вода не замерзает. Это явление демонстрирует снижение точки замерзания.
Депрессия точки замерзания
Понижение температуры замерзания относится к наблюдению, что чистое вещество (т.е. вода) имеет определенную точку плавления / замерзания (0 ° C), но добавка примеси (например, соли, сахара), а также понижение этой температуры также распространяет ее, поэтому происходит менее определенное, более диффузное плавление / замерзание точка. Чем больше количество примеси, тем ниже температура плавления / замерзания. Другими словами, депрессия точки замерзания является коллигативным свойством. И когда дело доходит до коллигативных свойств растворов, важно количество молекул растворенного вещества, а не его тип, Сравнивая два раствора, каждый из которых содержит одинаковое количество соли или сахара, солевой раствор снижает температуру замерзания. способствовать. Это потому, что 1 грамм соли содержит больше молекул соли, чем 1 грамм сахара содержит молекулы сахара.
Концентрация растворенного вещества
Химики используют моль, единицу, равную молекулярной массе (измеряемой в дальтонах) вещества, но в граммах, чтобы приготовить раствор с определенным количеством молекул растворенного вещества. Моль одного вещества имеет точно такое же количество молекул, что и моль любого другого вещества. Столовый сахар (сахароза), C12H22O11, имеет молекулярную массу 342 дальтон. Чтобы получить один моль сахарозы, весите 342 г. Поваренная соль NaCl имеет молекулярный вес 58 дальтон. Чтобы получить один моль соли, весите 58 г. Обратите внимание, что вам нужно почти в шесть раз больше сахарозы, чтобы получить такое же количество молекул в одном моль соли.
Равновесие льда и воды
В нормальных условиях твердая вода находится в равновесии с жидкой водой при стандартном замерзании. температура 0 ° C, что означает, что вода будет существовать либо в жидком, либо в твердом виде и начнет таять или заморозить. По этой причине лед покрыт тонким слоем воды. Молекулы в твердой фазе постоянно меняются местами с молекулами в жидкой фазе. Такое поведение воды позволяет использовать соль для плавления льда.
Тающий лед
Соль, посыпанная на покрытые льдом дороги, растворяется в водяной пленке, покрывающей лед, образуя раствор, который больше не находится в точке замерзания. Твердые молекулы переходят в жидкую фазу, но больше не превращаются в твердую. Баланс подсказывает, что жидкая фаза, все больше и больше молекул оказываются в растворе, таяя лед.