Placera en kopp som innehåller rent vatten bredvid en som innehåller saltvatten och sänk gradvis omgivningstemperaturen. Vid cirka 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit) kommer det rena vattnet att isa över och frysa gradvis medan det salta vattnet förblir flytande. Vid en viss temperatur under den vid vilken färskvattnet frös, fryser också saltvattnet. Den faktiska temperaturskillnaden beror på saltkoncentrationen. Anledningen till att detta händer har att göra med närvaron av saltjoner i vattnet. De stör fysiskt vattenmolekylernas tendens att rada upp i en kristallstruktur.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Saltvatten har en lägre fryspunkt än rent vatten. Vattnet på ytan av salt is är kallare, så isen känns kallare än ren vattenis.
Vad händer när vatten fryser?
Varje vattenmolekyl är en kombination av ett syre och två väteatomer ordnade i en triangel. Detta asymmetriska arrangemang ger molekylen en polaritet - en sida har en nettoladdning medan den andra är negativ. På grund av denna polaritet lockas molekylerna till varandra. Molekylerna är i konstant rörelse, men vibrerar och rör sig oavbrutet. När du sänker temperaturen saktar molekylerna ner och eftersom de har mindre energi börjar de hålla fast vid varandra. Vid fryspunkten är rörelsenergin så låg att molekylerna sammanfaller till en fast struktur.
Tillsätt lite salt
Natriumklorid (NaCl), eller bergsalt, består av en positivt laddad natriumjon och en negativ klorjon bunden samman av elektrostatisk attraktion till en gitterstruktur. När du lägger saltet i vatten bryter de polära vattenmolekylerna strukturen och omger de enskilda jonerna, som sprids i lösning. När temperaturen sjunker stör jonerna förmågan hos vattenmolekylerna att bilda en kristall struktur, och blandningen förvandlas inte till ett fast ämne förrän du sänker temperaturen under fryspunkten för ren vatten. Den nya fryspunkten beror på saltkoncentrationen, men den lägsta den kan gå är -21,1 ° C (-5,98 ° F). Detta inträffar vid mättnad när inget mer salt löses upp.
Is med en lägre fryspunkt känns kallare
Om du plockar upp en fryst kub med saltvatten kan det kännas kallare än en kub med rent vatten. Det finns ett par anledningar till detta. En är att, för att frysas, måste en isvatten i saltvatten ha en lägre temperatur än en isvatten i rent vatten.
Den andra anledningen är att ytlagret av vatten på kuben också har en lägre temperatur. På ytan av varje isbit fortsätter en utbytesprocess mellan vatten i flytande och fast tillstånd. Närvaron av salt i vattnet sänker jämviktspunkten för detta utbyte genom att sänka det flytande vattnets fryspunkt. Följaktligen är vattnet du känner på ytan av en saltvattenkub kallare än på en ren vattenkub. Denna dynamik förhindrar också att vatten som kommer i kontakt med isen fryser, varför salt verkar smälta is.