Добавление соли в лед и понижение температуры замерзания.
Возникают интересные научные явления, когда вы смешиваете соль и лёд. Соль применяется для ускорения таяния льда и предотвращения его повторной замерзании на дорогах и тротуарах. Однако, если сравнить таяние ледяных кубиков в пресной воде и в воде с солью, можно обнаружить, что лед тает более медленно в соленой воде, а температура становится холоднее. Как такое возможно? Как соль влияет на температуру льда?
Реакция соли и льда
Взаимодействие соли и льда нельзя назвать реакцией, потому что при этом не происходит химических изменений, но что-то определенно происходит. Лед начинает таять, но на ощупь он становится холоднее. Этот парадокс происходит потому, что внутри и на поверхности льда происходят два разных процесса.
Соль снижает температуру ледяной воды
Когда вы добавляете соль к льду (который всегда имеет внешний слой воды, поэтому технически это ледяная вода), температура может снизиться с точки замерзания 0 °C до -21 °C. Это значительная разница! Почему температура становится ниже? Когда лед тает, энергия (тепло) должна быть поглощена из окружающей среды, чтобы преодолеть водородную связь, удерживающую молекулы воды вместе.
Таяние льда — это эндотермический процесс (процесс сопровождающийся поглощением теплоты), независимо от того, есть ли в нем соль или нет, но когда вы добавляете соль, вы изменяете способность воды быстро замерзнуть обратно в лед. В чистой воде лед тает, охлаждает окружающую среду и воду, и часть поглощенной энергии снова высвобождается, когда вода возвращается в твердое состояние (превращается обратно в лёд). При 0 °C лед тает и замерзает с одинаковой скоростью, поэтому вы не видите таяния льда при этой температуре.
Соль снижает точку замерзания воды за счет снижения температуры замерзания. Помимо других процессов, ионы соли мешают молекулам воды выстроиться в ряд и кристаллизоваться в лед. Когда соленый лед тает, вода не может повторно замерзнуть, потому что соленый раствор больше не является чистой водой и потому что точка замерзания ниже. Чем больше льда тает, тем больше тепла поглощается, что снижает температуру еще ниже. Это отличная новость, если вы хотите приготовить мороженое и у вас нет морозильной камеры. Если вы положите ингредиенты в пакет и поместите его в ведро с соленым льдом, падение температуры позволит вам мгновенно получить замороженное лакомство!
На самом деле соль не понижает температуру кубиков льда, она лишь понижает их точку замерзания, что равносильно тому, что сказать, что она понижает их точку плавления. Когда вокруг соль, кубики льда должны быть холоднее, чтобы оставаться твердыми, и они растают при температуре ниже точки замерзания чистой воды. Именно поэтому во всем мире соль используют для растапливания льда на улицах и тротуарах.
Как можно использовать смесь соли и льда
Когда вы делаете кубики льда более холодными, посыпая их солью, будьте осторожны и не держите их в руках, потому что они могут даже вызвать ожоги кожи.
1. Охлаждение бутылки с шампанским за несколько минут
Для быстрого охлаждения шампанского поместите бутылку в ведро и чередуйте слои соли и льда. Это создаст вокруг бутылки температуру ниже 0°, позволяя подать шампанское почти мгновенно — из теплого оно превратится в ледяное всего за несколько минут.
2. Растопить лед на стеклах автомобиля
Посыпьте соль на лед, и он сразу же создаст тонкий слой жидкой воды. По мере того, как вода распространяется по поверхности, она контактирует с большим количеством льда, в результате чего образуется больше воды. В результате этой «цепной реакции» образуется антиобледенительный раствор с морской водой, который быстро и эффективно растапливает лед на лобовом стекле.
Как вы уже догадались, посыпать замерзшее лобовое стекло поваренной солью — не самый быстрый способ. Задействуйте физику, создав раствор соленой воды:
- Наполните распылитель водой.
- Добавьте четверть стакана антиобледенительной соли для тротуаров. Вы можете использовать обычную поваренную соль, но вам придется добавить полную чашку. Регулируйте количество соли в растворе в соответствии с вашими потребностями.
- Равномерно распылите раствор по лобовому стеклу и избегайте попадания брызг на металлические детали или вентиляционные отверстия.
- Рассмотрите возможность хранения распылителя дома, а не в машине. Даже соленая вода замерзает при температуре очень сильном морозе.
3. Приготовление сорбета (мороженого) из фруктового сока
- Подготовьте два пакета: в один налейте фруктовый сок и герметично закройте.
- В другой, более крупный пакет, насыпьте лед и добавьте соль (можно также использовать воду, но это необязательно).
- Положите пакет с соком в пакет с льдом и солью, затем встряхивайте в течение одной минуты.
- Ваш сорбет готов! Разложите его в мисочки и наслаждайтесь.
Вопросы и ответы
На самом деле в таком пакете нет никакого льда. Там находится вода и аммиачная селитра (нитрат аммония или соль аммония). Емкость с водой разрушается ударом ладони, после чего вода и селитра смешиваются. В ходе процесса растворения происходит интенсивное поглощение тепла, что приводит к значительному охлаждению пакета.
Да. Почему, мы описали выше. Если коротко, то лед будет таять, а таяние льда — это эндотермический процесс, т.е. процесс с поглощением тепла.
Соль действует на снег таким же образом как и на лёд.
Если у вас остались вопросы, пишите их в комментариях!