ทำไมการเติมเกลือลงในน้ำทำให้เย็นลง?

เกลือมักใช้ในเครื่องทำไอศกรีมเพื่อทำให้น้ำที่อยู่รอบภาชนะด้านในเย็นพอที่จะทำให้ครีมแข็งตัว อันที่จริง ภายในครึ่งชั่วโมงหรือประมาณนั้น น้ำเย็นจัดสามารถแช่แข็งครีมหวานมากพอที่จะเปลี่ยนเป็นไอศกรีมได้ เกลือทำให้น้ำเย็นได้อย่างไร?

เพื่อให้เข้าใจปรากฏการณ์นี้ได้ดียิ่งขึ้น จำเป็นต้องมีความเข้าใจในความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและสถานะทางกายภาพของน้ำ การเคลื่อนที่ของโมเลกุลของน้ำขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของน้ำ อุณหภูมิที่อบอุ่นหมายถึงการเคลื่อนไหวที่รวดเร็ว หากการเคลื่อนไหวเร็วเพียงพอ ไอน้ำก็ถูกสร้างขึ้น อุณหภูมิที่เย็นจัดหมายถึงการเคลื่อนไหวน้อยลงจนกระทั่งอุณหภูมิถึงจุดต่ำพอที่จะหยุดการเคลื่อนที่ของโมเลกุลโดยสิ้นเชิงในกระบวนการที่เราเรียกว่าการแช่แข็ง

แล้วเกลือ (โซเดียมคลอไรด์) ทำให้น้ำเย็นขึ้นได้อย่างไร? โดยพื้นฐานแล้วมันไม่ได้ เกลือทำหน้าที่กดจุดเยือกแข็งของน้ำเพื่อให้น้ำเย็นกว่า 32 องศาฟาเรนไฮต์ (ศูนย์องศาเซลเซียส) ก่อนที่มันจะเปลี่ยนเป็นน้ำแข็ง อันที่จริง น้ำที่มีเกลืออาจมีอุณหภูมิเกือบลบ 6 องศาฟาเรนไฮต์

เมื่อทำไอศกรีม ครีมจะถูกใส่ลงในกระป๋องและหมุนภายในอ่างน้ำแข็ง หากไม่มีเกลือเพิ่มลงในอ่างน้ำแข็ง อุณหภูมิต่ำสุดที่สามารถไปถึงได้คือ 32 องศาฟาเรนไฮต์ แม้ว่าครีมสามารถแช่แข็งได้ที่อุณหภูมินี้ แต่ก็สามารถแช่แข็งได้เร็วกว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่า เมื่อเกลือถูกเติมลงในอ่างน้ำแข็ง (โดยปกติคือเกลือสินเธาว์ในการทำไอศกรีม) เกลือจะสัมผัสกับชั้นบาง ๆ ของน้ำบนผิวน้ำแข็งที่กำลังละลาย เกลือละลายน้ำกลายเป็นเค็ม น้ำเกลือนี้มีจุดเยือกแข็งที่ต่ำกว่า ดังนั้นอุณหภูมิของอ่างน้ำแข็งจะยิ่งเย็นลง ทำให้ไอศกรีมแช่แข็งได้เร็วยิ่งขึ้น

หลักการของเกลือที่ลดจุดเยือกแข็งของน้ำมักถูกนำมาใช้เพื่อให้ถนนปลอดภัยในฤดูหนาว ในช่วงที่เกิดหิมะและน้ำแข็ง รถบรรทุกจะทาเกลือบางๆ บนถนน สิ่งนี้ทำให้หิมะและน้ำแข็งละลายเมื่อกระทบแทนที่จะแช่แข็งและทำให้ถนนเปียกมากกว่าน้ำแข็งและเป็นอันตราย อย่างไรก็ตาม มีขีดจำกัดว่าน้ำเย็นจะกลายเป็นน้ำแข็งก่อนแช่แข็งได้อย่างไร ในอุณหภูมิที่เย็นจัด การทาทรายบนถนนเพื่อเพิ่มแรงเสียดทานจะมีประโยชน์มากกว่าการใช้เกลือ เกลือประเภทอื่นที่ไม่ใช่โซเดียมคลอไรด์สามารถใช้ได้ในอุณหภูมิที่เย็นกว่า ตัวอย่างเช่น แคลเซียมคลอไรด์และแมกนีเซียมคลอไรด์สามารถละลายน้ำแข็งได้ที่อุณหภูมิต่ำ อย่างไรก็ตาม สารประกอบเหล่านี้บางชนิดอาจเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและมีการใช้เป็นครั้งคราวเท่านั้น

การใช้น้ำแข็งบดกับเกลือจะช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวที่เกลือสามารถละลายได้ ส่งผลให้ละลายเร็วขึ้น ตัวอย่างเช่น การใช้น้ำแข็งบดให้มากขึ้นในเครื่องทำไอศกรีมของคุณจะมีประสิทธิภาพมากกว่าการใช้ก้อนใหญ่ๆ น้อยลง

แม้ว่าเกลือจะลดจุดเยือกแข็งของน้ำ แต่ก็ไม่ได้ทำให้จุดเดือดต่ำลง อันที่จริงน้ำเค็มจะเดือดที่อุณหภูมิสูงกว่าน้ำไม่เค็ม อีกครั้งการเติมเกลือลงในน้ำไม่ได้ทำให้อุณหภูมิลดลง