ทำไมเกลือละลายน้ำแข็งเร็วกว่าน้ำตาล?

เมื่อถนนถูกปกคลุมด้วยน้ำแข็งทำให้รถธรรมดาเดินทางอันตรายได้ การใช้เกลือทั่วไปปกคลุมถนนจะละลายน้ำแข็ง แต่ทำไมสิ่งนี้ถึงได้ผล? และน้ำตาลจะเป็นสารประกอบสีขาวที่เป็นผลึกซึ่งแยกแยะได้ยากจากเกลือโดยไม่ต้องชิมหรือไม่

วางขวดสามขวดในตู้แช่แข็งที่บ้าน โดยขวดหนึ่งบรรจุน้ำประปา ขวดที่สองใส่สารละลายเกลืออิ่มตัว และขวดที่สามใส่สารละลายน้ำตาลอิ่มตัว คุณจะพบว่าน้ำประปาแข็งตัวตามที่คาดไว้ น้ำที่มีน้ำตาลกลายเป็นโคลนที่มีหย่อมน้ำแข็ง แต่น้ำเกลือจะไม่แข็งตัวเลย ปรากฏการณ์นี้แสดงให้เห็นถึงภาวะซึมเศร้าจุดเยือกแข็ง

ภาวะซึมเศร้าจุดเยือกแข็งหมายถึงการสังเกตว่าสารบริสุทธิ์ (เช่น น้ำ) มีจุดหลอมเหลว/จุดเยือกแข็งที่แน่นอน (0'C) แต่การเติม ของสิ่งเจือปน (เช่น เกลือ น้ำตาล) เช่นเดียวกับการลดอุณหภูมินี้ ก็กระจายออกไปด้วยเพื่อให้มีจุดหลอมเหลว/จุดเยือกแข็งแบบกระจายมากขึ้น จุด. ยิ่งมีปริมาณสิ่งเจือปนมากเท่าใด จุดหลอมเหลว/จุดเยือกแข็งยิ่งต่ำลงเท่านั้น กล่าวอีกนัยหนึ่งภาวะซึมเศร้าจุดเยือกแข็งเป็นสมบัติคอลลิเกต และเมื่อพูดถึงคุณสมบัติคอลลิเกตของสารละลาย มันคือจำนวนโมเลกุลของตัวถูกละลายที่มีความสำคัญ ไม่ใช่ชนิดของตัวถูกละลาย การเปรียบเทียบสารละลายสองชนิด แต่ละชนิดมีปริมาณเกลือหรือน้ำตาลเท่ากัน สารละลายเกลือจะลดจุดเยือกแข็งลง เพิ่มเติม เนื่องจากเกลือ 1 กรัมมีโมเลกุลของเกลือมากกว่าน้ำตาล 1 กรัมมีโมเลกุลของน้ำตาล

นักเคมีใช้โมล ซึ่งเป็นหน่วยที่มีจำนวนเท่ากับน้ำหนักโมเลกุล (วัดเป็นดาลตัน) ของสาร แต่มีหน่วยเป็นกรัม เพื่อเตรียมสารละลายที่มีโมเลกุลตัวถูกละลายตามจำนวนที่ระบุ โมลของสารหนึ่งมีจำนวนโมเลกุลเท่ากันทุกประการกับโมลของสารอื่น น้ำตาลทราย (ซูโครส) C12H22O11 มีน้ำหนักโมเลกุล 342 ดาลตัน เพื่อให้ได้ซูโครสหนึ่งโมล ให้ชั่งน้ำหนัก 342 กรัม เกลือแกง NaCl มีน้ำหนักโมเลกุล 58 ดาลตัน เพื่อให้ได้เกลือหนึ่งโมล ให้ชั่งน้ำหนัก 58 กรัม สังเกตว่าคุณต้องการซูโครสเพิ่มขึ้นเกือบหกเท่าเพื่อให้ได้โมเลกุลจำนวนเท่ากันในเกลือหนึ่งโมล

ภายใต้สภาวะปกติ น้ำที่เป็นของแข็งจะอยู่ในสภาวะสมดุลกับน้ำของเหลวที่จุดเยือกแข็งมาตรฐาน อุณหภูมิ 0'C หมายความว่าน้ำจะคงอยู่อย่างพอใจเป็นของเหลวหรือของแข็ง และจะเริ่มละลาย หรือแช่แข็ง ด้วยเหตุนี้น้ำแข็งจึงถูกปกคลุมด้วยชั้นบางๆ ของน้ำ โมเลกุลในสถานะของแข็งจะแลกเปลี่ยนตำแหน่งกับโมเลกุลในสถานะของเหลวอย่างต่อเนื่อง พฤติกรรมของน้ำนี้ทำให้สามารถใช้เกลือละลายน้ำแข็งได้

เกลือที่โปรยลงบนถนนที่ปกคลุมด้วยน้ำแข็งจะละลายในฟิล์มน้ำที่เคลือบน้ำแข็ง ทำให้เกิดสารละลายไม่อยู่ที่จุดเยือกแข็งอีกต่อไป โมเลกุลที่เป็นของแข็งจะเดินทางเข้าสู่เฟสของเหลว แต่ไม่เปลี่ยนกลับเป็นของแข็งอีกต่อไป เคล็ดลับที่สมดุลต่อเฟสของเหลว โมเลกุลจำนวนมากขึ้นพบว่าตัวเองอยู่ในสารละลาย น้ำแข็งจึงละลาย