10.11.2016

Чому Сіль Розтоплює Лід?

Original: http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/solutions/faq/why-salt-melts-ice.shtml

Home

Словник
рівновага*
евтектика*
зниження температури замерзання*
точка плавлення*
фазова діаграма*
розчинена речовина*

 

(Примітка: якщо ви вже знайомі з хімічними потенціалами, ви можете бути зацікавлені в цьому альтернативному термодинамічному поясненні.)

Дві речі відбуваються в разі контакту льоду та води:

  • Молекули на поверхні льоду зникають у воді (плавлення), а також
  • молекули води затримуються на поверхні льоду (заморожування).

Коли швидкість заморожування така ж, як швидкість плавлення, кількість льоду і кількість води в середньому не змінюватиметься (хоча існують короткочасні коливання на поверхні льоду). Лід і вода, як кажуть, в динамічній рівновазі один з одним. Баланс між заморожуванням і плавлення може підтримуватися при температурі 0 ° С, температура плавлення води, якщо умови не будуть змінені таким чином, що виступає за один з процесів над іншим.

http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/solutions/images/purefreeze.gif

Баланс між заморожуванню і плавильних процесів може бути легко засмучуватися. Якщо суміш льоду та води охолоджується, молекули рухаються повільніше. Чим повільніше рухаються молекули легше захоплюються льодом, і заморожування відбувається з більшою швидкістю, ніж плавлення. Ви можете побачити демонстрацію цього, натиснувши на температуру в анімації і встановити його на більш низьке значення (скажімо, -10).

З іншого боку, нагрівання суміші змушує молекули рухатися швидше в середньому, і плавлення сприяння. Скидання анімації, а потім ввести більш високе значення температури (скажімо, 10) і подивитися, що відбувається.

Додавання солі до системи буде також порушити рівновагу. Розглянемо замінити частину молекул води з молекулами якого-небудь іншої речовини. Іноземні молекули розчиняються у воді, але не легко упакувати в масив молекул в твердому тілі. Спробуйте натиснути кнопку “Додати” розчинена речовина в наведеній вище анімації. Зверніть увагу на те, що існує менше молекул води на стороні рідини, так як частина води, була замінена сіллю. Загальна кількість води, захоплених льодом в секунду знижується, так що швидкість заморожування знижується. Швидкість плавлення не змінюється при наявності чужорідного матеріалу, так що плавлення відбувається швидше, ніж заморожування.

Ось чому сіль розтоплює лід.

Щоб відновити рівновагу, необхідно охолодити льодом морською водою суміш до температури нижче звичайної температури плавлення води. Наприклад, точка замерзання розчину 1 М NaCl приблизно -3,4 ° С. Рішення завжди матимуть таку точку замерзання депресії. Чим вище концентрація солі, тим більше точка замерзання депресії [1].

Але не будь-яка стороння речовина викликає зниження температури замерзання відповідно до цієї моделі? Так! Для кожного благаючи сторонніх часток, розчинених в кілограмі води, температура замерзання знижується приблизно на 1,7-1,9 ° C. Цукор, алкоголь або інші солі також знижують температуру замерзання і розтопити лід. Сіль використовується на дорогах та пішохідних доріжок, так як вона недорога і легкодоступна.

Важливо розуміти, що зниження температури замерзання відбувається тому, що концентрація молекул води в розчині менше, ніж концентрація в чистій воді. Природа розчиненої речовини не має значення. Можна було б очікувати з діаграми вище, що розчинені речовини з великими молекулами, краще при блокуванні молекул води, що летять до поверхні льоду. Гіпотеза, що розчинені речовини з великими молекулами викликають велику зниження температури замерзання, ніж ті, з більш дрібними молекулами не узгоджується з експериментальними даними! Неправильне уявлення виникає тому, що схема не може бути звернено на масштабі; розмір молекул дуже малий у порівнянні з відстанню між ними.

Як лід починає замерзати з солоної води, частка води в розчині стає нижче, а температура замерзання крапель далі. Це не триває нескінченно, оскільки в кінцевому підсумку розчин стане насиченим сіллю. Найнижча температура, можливо для рідкого сольового розчину становить -21,1 ° C. При цій температурі, сіль починає кристалізуватися з розчину (як NaCl · 2H 2 O), разом з льодом, поки розчин повністю не замерзає. Заморожений розчин являє собою суміш окремого NaCl · кристали 2H2O і кристали льоду, які не є однорідною суміш солі і води. Ця гетерогенна суміш називається евтектичною сумішшю.

Saltwater phase diagram

Фазова карта для солоної води. Утворена на основі діаграми Р. Е. Дікерсона (Примітка 3)

Посилання та примітки

  1. Зверніть увагу на те, що при плавленні завершення, це може зайняти деякий час для льоду починають формуватися знову, навіть якщо температура досить низька. “Початковий кристал” льоду повинні формувати випадкові зіткнення, перш ніж насправді починається ріст кристалів. Реальні рідини можуть існувати протягом деякого часу нижче їх нормальної точки плавлення.
  2. Термодинамічне пояснення зниження температури замерзання див. тут: Як зниження температури замерзання можна пояснити з точки зору вільних енергій?
  3. Фазова діаграма солоної води базується на рисунку 6-59, с. 376 роботи Р. Е. Дікерсона Молекулярна термодинаміка (Пасадена, Каліфорнія), 1969.

Автор: Фред Сенесе senese@antoine.frostburg.edu

General Chemistry Online! Чому сіль розтоплює лід?

Авторські права © 1997-2010 належать Фреду Сенесе
Коментарі та запитання: fsenese@frostburg.edu
Останній перегляд: 17 серпня 2015 р. URL: http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/solutions/faq/why-salt-melts-ice.shtml

 

 

 

 

 

About The Author

admin

Comments are closed.