Skodelico s čisto vodo postavite zraven skodelice s slano vodo in postopoma znižujte temperaturo okolice. Pri približno 0 stopinjah Celzija (32 stopinj Fahrenheita) se bo čista voda zaledila in postopoma zamrznila, medtem ko slana voda ostane tekoča. Pri določeni temperaturi pod tisto, pri kateri je sladka voda zmrznila, bo tudi slana voda zmrznila. Dejanska temperaturna razlika je odvisna od koncentracije soli. Razlog, da se to zgodi, je povezan s prisotnostjo solnih ionov v vodi. Fizično vplivajo na težnjo molekul vode, da se poravnajo v kristalno strukturo.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Slana voda ima nižje ledišče kot čista voda. Voda na površini slanega ledu je hladnejša, zato je led hladnejši kot čisti vodni led.
Kaj se zgodi, ko voda zamrzne?
Vsaka molekula vode je kombinacija enega kisika in dveh atomov vodika, razporejenih v trikotnik. Ta asimetrična razporeditev daje molekuli polarnost - ena stran ima neto pozitivni naboj, druga pa negativna. Zaradi te polarnosti se molekule medsebojno privlačijo. Molekule so v stalnem gibanju, vendar nenehno vibrirajo in se gibljejo ena okoli druge. Ko znižate temperaturo, se molekule upočasnijo in ker imajo manj energije, se začnejo držati druga druge. Na ledišču je energija gibanja tako nizka, da se molekule združijo v trdno strukturo.
Dodajte nekaj soli
Natrijev klorid (NaCl) ali kamena sol je sestavljen iz pozitivno naelektrenega natrijevega iona in negativnega klorovega iona, ki sta z elektrostatično privlačnostjo povezana v mrežno strukturo. Ko sol daste v vodo, polarne molekule vode prekinejo strukturo in obkrožijo posamezne ione, ki se razpršijo v raztopino. Ko temperatura pade, ioni motijo sposobnost vodnih molekul, da tvorijo kristal zmesi in se zmes ne bo spremenila v trdno snov, dokler temperature ne znižate pod ledišče čistega vode. Novo ledišče je odvisno od koncentracije soli, toda najnižja temperatura je -21,1 C (-5,98 F). To se zgodi ob nasičenju, ko se sol ne raztopi več.
Led z nižjo lediščem je bolj hladen
Če vzamete zamrznjeno kocko slane vode, je morda hladnejša kot kocka čiste vode. Za to obstaja nekaj razlogov. Ena je ta, da mora biti kocka ledene vode s slano vodo pri nižji temperaturi kot ledena kocka s čisto vodo.
Drugi razlog je, da je tudi površinska plast vode na kocki nižja. Na površini vsake ledene kocke poteka postopek izmenjave med vodo v tekočem in trdnem stanju. Prisotnost soli v vodi zniža točko ravnotežja te izmenjave z znižanjem ledišča tekoče vode. Posledično je voda, ki jo čutite na površini kocke s slano vodo, hladnejša od vode na kocki s čisto vodo. Ta dinamika tudi preprečuje, da bi voda, ki pride v stik z ledom, zmrznila, zato se zdi, da sol topi led.