Strona głównaPytania → Dlaczego lód posypywany solą topnieje?

Dlaczego lód posypywany solą topnieje?

Pytanie

Pyta Monia

Dlaczego zimą lód posypywany solą topnieje pomimo ujemnej temperatury?

Odpowiedź

Odpowiada Damian Zdulski

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:

  • Molekuły z powierzchni lodu są wybijane poprzez zderzenia z molekułami z cieczy o dużej energii kinetycznej (odpowiada za topnienie).
  • Molekuły cieczy o małej energii kinetycznej są wychwytywane przez lód i wbudowywane w jego strukturę krystaliczną (odpowiada za zamarzanie).

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).