ทำไมน้ำเค็มถึงหนักกว่าน้ำประปา?

น้ำเกลือสามารถอธิบายได้ว่าหนักกว่าน้ำประปา หากเข้าใจว่าเป็น "ต่อหน่วยปริมาตร" ของน้ำ ตามหลักวิทยาศาสตร์ ปริมาตรน้ำเค็มจะหนักกว่าน้ำประปาในปริมาณเท่ากัน เนื่องจากน้ำเกลือมีความหนาแน่นสูงกว่าน้ำประปา น้ำประปาค่อนข้างบริสุทธิ์ โดยทั่วไปประกอบด้วยเกลือแร่จำนวนเล็กน้อยและอินทรียวัตถุจำนวนเล็กน้อย สารละลายน้ำที่มีความเข้มข้นสูงในเกลือที่ละลายน้ำมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำบริสุทธิ์หรือน้ำประปา

ความหนาแน่นและ แรงดึงดูดเฉพาะ เป็นศัพท์ที่อธิบายความเข้มข้นของสารโดยมวล ความหนาแน่นถูกกำหนดให้เป็นมวลของสารต่อหน่วยปริมาตร ซึ่งมักจะแสดงเป็นกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ตัวอย่างเช่น ความหนาแน่นของน้ำบริสุทธิ์ที่ 39 องศาฟาเรนไฮต์คือ 1 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร และความหนาแน่นเฉลี่ยของน้ำทะเลอยู่ที่ประมาณ 1.027 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ความถ่วงจำเพาะ ซึ่งกำหนดเป็นอัตราส่วนของความหนาแน่นของสารต่อความหนาแน่นของน้ำ เป็นการวัดที่ใช้ในการประยุกต์ใช้ทางวิทยาศาสตร์หลายอย่าง สำหรับสารส่วนใหญ่ ความหนาแน่นและความถ่วงจำเพาะเกือบจะเท่ากันที่อุณหภูมิห้อง

คำอธิบายของความหนาแน่นที่สูงขึ้นของน้ำเกลือพบได้ในน้ำหนักสูตรของสารประกอบเกลือ น้ำประกอบด้วยไฮโดรเจนและออกซิเจนอะตอมที่ค่อนข้างเบา ซึ่งมีน้ำหนักอะตอมเท่ากับ 1 และ 16 ตามลำดับ เกลือส่วนใหญ่ประกอบด้วยอะตอมของโลหะที่หนักกว่า เช่น โซเดียม แมกนีเซียม และโพแทสเซียม ซึ่งมีน้ำหนักอะตอม 23, 24 และ 39 ตามลำดับ อะตอมของโลหะอาจถูกยึดติดกับอะตอมหนักอื่นๆ เช่น คลอรีน โบรมีน และไอโอดีน ซึ่งมีน้ำหนักอะตอม 35, 80 และ 127 ตามลำดับ เกลือจะแตกตัวเป็นไอออน (อะตอมที่มีประจุ) เมื่อละลายในน้ำ โมเลกุลของน้ำจะประสานกันรอบๆ ไอออนหนัก เพื่อให้ปริมาตรของสารละลายเพิ่มขึ้นแต่น้อยกว่าน้ำหนักของสารละลาย

สารประกอบทางเคมีหลายร้อยชนิดจัดเป็นเกลือ เกลือบางชนิด เช่น โซเดียมคลอไรด์และโพแทสเซียมไอโอไดด์ สามารถละลายได้ดีในน้ำที่อุณหภูมิห้อง สารอื่นๆ เช่น แบเรียมซัลเฟตและแคลเซียมฟอสเฟต แทบจะไม่สามารถละลายได้แม้ในอุณหภูมิที่สูงขึ้น ความหนาแน่นสูงสุดของสารละลายเกลือขึ้นอยู่กับน้ำหนักสูตรของเกลือ ความสามารถในการละลายตามธรรมชาติหรือ “ค่าคงที่ของผลิตภัณฑ์การละลาย” ของเกลือ และอุณหภูมิ

วัตถุที่แช่ในน้ำเกลือมีแนวโน้มที่จะลอยตัวมากกว่าที่ทำในน้ำบริสุทธิ์หรือน้ำประปา กล่าวคือ วัตถุลอยตัวได้ดีกว่า ผลกระทบนี้เกิดขึ้นจากแรงลอยตัวที่มากกว่าหรือสูงขึ้นที่กระทำต่อวัตถุด้วยน้ำเกลือเนื่องจากความหนาแน่นที่มากขึ้น แรงลอยตัวที่กระทำกับวัตถุที่แช่โดยของไหลมีนัยในหลักการของอาร์คิมิดีส ซึ่งระบุว่าวัตถุใดๆ ที่จุ่มลงในของเหลวทั้งหมดหรือบางส่วนจะแทนที่น้ำหนักของของเหลวเอง วัตถุที่แช่ในน้ำประปาจะพบกับ "ความหนัก" มากกว่าในน้ำเกลือ เพราะมันจะทำให้น้ำประปามีน้ำหนักน้อยกว่า