Dlaczego zimą lód posypywany solą topnieje pomimo ujemnej temperatury?
Dlaczego zimą lód posypywany solą topnieje pomimo ujemnej temperatury?
W ogólności, gdyż roztwór wody i soli ma niższą temperaturę zamarzania niż sama woda. Aby wyjaśnić mikroskopowy mechanizm kryjący się za tym zjawiskiem rozpatrzmy najpierw mieszaninę wody z lodem. Zachodzą w niej jednocześnie dwa procesy:
W temperaturze $0^{0}C$ między tymi dwoma procesami występuje równowaga. Gdy podwyższymy temperaturę równowaga zostaje zaburzona, gdyż jest więcej wysokoenergetycznych cząsteczek i tym samym wzrasta tempo topnienia lodu. Odwrotnie w przypadku obniżenia temperatury.
W mieszaninie lodu z roztworem soli część molekuł wody jest zastąpiona przez jony $Na^{+}$ oraz $Cl^{-}$. Obce molekuły dobrze rozpuszczają się w wodzie ale nie chcą się wbudowywać w sieć krystaliczną lodu. Dlatego spada tempo zamarzania. Natomiast tempo topnienia pozostaje prawie niezmienione, gdyż wysokoenergetyczne obce molekuły także efektywnie wybijają cząsteczki $H_{2}O$ z kryształu. Stąd równowaga między procesami jest zaburzona i lód topnieje. Aby znowu doprowadzić do równowagi należy odpowiednio obniżyć temperaturę i tym samym energię kinetyczną cząsteczek. Obie przedstawione sytuacje ilustruje interaktywna animacja. Dokładnie ten sam mechanizm tłumaczy topnienie lodu posypanego solą.
W powyższej argumentacji nie ma znaczenia rodzaj substancji rozpuszczanej. Dlatego analogicznie temperatura zamarzania roztworu będzie maleć dla innych substancji rozpuszczalnych w wodzie, np. cukru, alkoholu, chlorku magnezu, itp. Na wielkość efektu mają wpływ szczegóły oddziaływania cząsteczek $H_{2}O$ z daną substancją (w tym na ile jonów ona dysocjuje) oraz molalność roztworu (liczba moli danej substancji chemicznej rozpuszczona w 1 kg danego rozpuszczalnika).