Поставьте чашку с чистой водой рядом с чашкой с соленой водой и постепенно понижайте температуру окружающей среды. При температуре около 0 градусов по Цельсию (32 градуса по Фаренгейту) чистая вода покрывается льдом и постепенно замерзает, в то время как соленая вода остается жидкой. При определенной температуре ниже той, при которой замерзла пресная вода, соленая вода также замерзнет. Фактическая разница температур зависит от концентрации соли. Причина, по которой это происходит, связана с присутствием в воде ионов соли. Они физически мешают молекулам воды выстраиваться в кристаллическую структуру.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
У соленой воды температура замерзания ниже, чем у чистой воды. Вода на поверхности соленого льда холоднее, поэтому лед кажется холоднее чистого водяного льда.
Что происходит, когда вода замерзает?
Каждая молекула воды представляет собой комбинацию одного атома кислорода и двух атомов водорода, расположенных в треугольнике. Такое асимметричное расположение придает молекуле полярность - одна сторона имеет чистый положительный заряд, а другая - отрицательный. Из-за этой полярности молекулы притягиваются друг к другу. Однако молекулы находятся в постоянном движении, непрерывно колеблются и перемещаются друг вокруг друга. Когда вы понижаете температуру, молекулы замедляются и, поскольку у них меньше энергии, они начинают прилипать друг к другу. В точке замерзания энергия движения настолько мала, что молекулы сливаются в твердую структуру.
Добавьте немного соли
Хлорид натрия (NaCl), или каменная соль, состоит из положительно заряженного иона натрия и отрицательного иона хлора, связанных вместе электростатическим притяжением в решетчатую структуру. Когда вы помещаете соль в воду, полярные молекулы воды разрушают структуру и окружают отдельные ионы, которые растворяются в растворе. Когда температура понижается, ионы мешают молекулам воды образовывать кристаллы. структура, и смесь не превратится в твердое тело, пока вы не снизите температуру ниже точки замерзания чистого вода. Новая точка замерзания зависит от концентрации соли, но самое низкое, что она может опуститься, составляет -21,1 ° C (-5,98 F). Это происходит при насыщении, когда соль больше не растворяется.
Лед с более низкой температурой замерзания становится холоднее
Если вы возьмете замороженный кубик соленой воды, он может показаться холоднее кубика чистой воды. На это есть несколько причин. Один из них заключается в том, что для замораживания кубик льда из соленой воды должен иметь более низкую температуру, чем кубик льда из чистой воды.
Другая причина в том, что поверхностный слой воды на кубе также имеет более низкую температуру. На поверхности каждого кубика льда происходит обмен между водой в жидком и твердом состояниях. Присутствие соли в воде понижает точку равновесия этого обмена за счет понижения точки замерзания жидкой воды. Следовательно, вода, которую вы чувствуете на поверхности куба с соленой водой, холоднее, чем на кубе с чистой водой. Эта динамика также предотвращает замерзание воды, контактирующей со льдом, поэтому соль, кажется, тает лед.