Šálku s čistou vodou položte vedľa šálky s obsahom slanej vody a postupne znižujte teplotu okolia. Pri teplote okolo 0 stupňov Celzia bude čistá voda zľadovatená a postupne zamrzne, zatiaľ čo slaná voda zostane tekutá. Pri určitej teplote pod tou, pri ktorej zamrzla sladká voda, zamrzne aj slaná voda. Skutočný teplotný rozdiel závisí od koncentrácie solí. Dôvod, prečo sa to deje, súvisí s prítomnosťou iónov soli vo vode. Fyzicky zasahujú do tendencie molekúl vody zoradiť sa do kryštalickej štruktúry.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Slaná voda má nižší bod tuhnutia ako čistá voda. Voda na povrchu slaného ľadu je chladnejšia, takže sa ľad cíti chladnejší ako čistý vodný ľad.
Čo sa stane, keď voda zamrzne?
Každá molekula vody je kombináciou jedného kyslíka a dvoch atómov vodíka usporiadaných do trojuholníka. Toto asymetrické usporiadanie dáva molekule polaritu - jedna strana má čistý kladný náboj, zatiaľ čo druhá strana je záporná. Kvôli tejto polarite sú molekuly navzájom priťahované. Molekuly sú však v neustálom pohybe, neustále okolo seba vibrujú a pohybujú sa. Keď znížite teplotu, molekuly sa spomalia a pretože majú menej energie, začnú sa na seba lepiť. V bode mrazu je energia pohybu taká nízka, že sa molekuly spájajú do pevnej štruktúry.
Pridajte trochu soli
Chlorid sodný (NaCl) alebo kamenná soľ sa skladá z kladne nabitého iónu sodíka a záporného iónu chlóru, ktoré sú navzájom spojené elektrostatickou príťažlivosťou do mriežkovej štruktúry. Keď dáte soľ do vody, polárne molekuly vody narušia štruktúru a obklopia jednotlivé ióny, ktoré sa rozptýlia do roztoku. Keď teplota klesá, ióny interferujú so schopnosťou molekúl vody vytvárať kryštál štruktúra a zmes sa nezmení na tuhú látku, kým neznížite teplotu pod bod mrazu čistej látky voda. Nový bod tuhnutia závisí od koncentrácie soli. Najnižšia teplota, ktorá môže ísť, je -21,1 ° C (nastane pri nasýtení, keď sa už soľ nerozpustí).
Ľad s nižším bodom mrazu je chladnejší
Ak vezmete zmrazenú kocku slanej vody, môže sa cítiť chladnejšie ako kocka čistej vody. Má to niekoľko dôvodov. Jedným z nich je, že na zmrazenie musí byť kocka ľadu so slanou vodou na nižšej teplote ako kocka ľadu čistej vody.
Ďalším dôvodom je, že povrchová vrstva vody na kocke má tiež nižšiu teplotu. Na povrchu každej kocky ľadu prebieha proces výmeny medzi vodou v kvapalnom a pevnom skupenstve. Prítomnosť soli vo vode znižuje rovnovážny bod tejto výmeny znížením bodu tuhnutia kvapalnej vody. V dôsledku toho je voda, ktorú cítite na povrchu kocky slanej vody, chladnejšia ako voda na kocke čistej vody. Táto dynamika tiež zabraňuje zamrznutiu vody, ktorá prichádza do styku s ľadom, a preto sa zdá, že soľ topí ľad.