16th יולי 2020
מדוע שמים מלח על קרח בחורף?

מדוע שמים מלח על קרח בחורף?

הסיבה שמלח גורם להמיס קרח היא שלתמיסה של מים ומלח מומס יש נקודת קיפאון נמוכה יותר מאשר מים טהורים.

כאשר מוסיפים אותו לקרח, המלח מתמוסס תחילה בחלק העליון של המים הנוזלים הנמצאים תמיד על פני השטח, ובכך מוריד את נקודת הקפאה שלו מתחת לטמפרטורת של יצירת הקרח. קרח במגע עם מים מלוחים נמס אפוא, ויוצר יותר מים נוזליים, הממיסים יותר מלח ובכך גורם להמסת קרח נוסף וכן הלאה. ככל שריכוז המלח המומס גבוה יותר, כך נקודת הקפאה הכוללת שלו נמוכה יותר. אולם יש גבול לכמות המלח שניתן להמיס במים. מים המכילים כמות מקסימאלית של מלח מומס הם בעלי נקודת הקפאה של בערך אפס מעלות פרנהייט או מינוס 32 מעולת צלזיוס. לכן מלח לא ימס את הקרח על מדרכה אם הטמפרטורה מתחת לטמפרטורה זו.

כדי להבין מדוע למים המכילים מלח מומס יש נקודת הקפאה נמוכה יותר מאשר מים טהורים, קחו בחשבון שכאשר קרח ומים נמצאים במגע יש חילופי דברים דינמיים בממשק של שתי מצבי הצבירה. בגלל תנודות תרמיות בקרח, מספר גדול של מולקולות בשנייה מתנתקות משטחו ונכנסות למים. במקביל, מספר רב של מולקולות מים מחברות את עצמן אל פני הקרח והופכות לחלק מהשלב המוצק. בטמפרטורות גבוהות יותר, הקצב הראשון מהיר יותר מהאחרון והקרח נמס.

בטמפרטורות נמוכות ההפך הוא הנכון. בנקודת הקפאה שני השיעורים שווים. אם ממסים מלח במים, קצב הניתוק של מולקולות הקרח אינו מושפע אך הקצב בו מולקולות מים נוגעות למשטח הקרח יורד, בעיקר מכיוון שריכוז מולקולות המים בנוזל (מולקולות לסנטימטר מעוקב) הוא נמוך יותר. מכאן שנקודת ההתכה נמוכה יותר.

כל המשטחים הקפואים מכילים למעשה שלוליות קטנות של מים. מכיוון שמלח מסיס במים, המלח שנמרח על משטחים כאלה מתמוסס. למים נוזליים יש מה שמכונה קבוע דיאלקטרי גבוה, המאפשר להפריד בין היונים במלח (נתרן טעון חיובי וכלור טעון שלילי). יונים אלה, בתגובה, מגיבים עם מולקולות מים והידרטטטט הוא, יוצרים יוני hydrated (יוני טעונים מחוברים למולקולות מים). תהליך זה מוציא חום מכיוון שההידרטים יציבים יותר מהיונים האישיים. לפיכך, כמות משמעותית של מלח הפרוס על פני שטח גדול יכולה למעשה להפשיר את הקרח. בנוסף, אם אתה נוהג מעל הקרח ברכב שלך, הלחץ עוזר להכניס את המלח לקרח ויותר מההידרציה הזו מתרחשת.

פינת ניסוי המדעי הביתי:

ניתן להדגים זאת בקלות: שפכו מעט מים לכוס ובדקו את הטמפרטורה באמצעות האצבע. מוסיפים מעט מלח, מערבבים ובודקים שוב. הטמפרטורה תרד.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *