افزایش نقطه جوش آب با نمک: چگونه نمک دما را افزایش می دهد؟

زمانی که نمک به آب اضافه می کنید، نقطه جوش افزایش می یابد یا دمایی که آب در آن به جوش می آید. دمای لازم برای جوشیدن به طور تقریبی به ازای هر ۵۸ گرم نمک حل شده در هر کیلوگرم آب، حدود ۰.۵ درجه سانتی گراد افزایش می یابد. این فرآیند نمونه ای از افزایش نقطه جوش است و مختص آب نیست. هر زمان که یک حل کننده غیرقابل جذب، مانند نمک، به یک حل کننده مانند آب اضافه می شود، این اتفاق می افتد.

آب زمانی به جوش می آید که مولکول ها بتوانند بر فشار بخار هوای اطراف غلبه کنند و از فاز مایع به فاز گاز منتقل شوند. وقتی یک حل کننده اضافه می کنید که میزان انرژی (حرارت) لازم برای آب برای انجام این انتقال را افزایش می دهد، چندین فرآیند رخ می دهد.

این فرآیند چگونه کار می کند؟

وقتی نمک را به آب اضافه می کنید، کلرید سدیم به یون های سدیم و کلر تجزیه می شود. این ذرات باردار نیروهای بین مولکولی را بین مولکول های آب تغییر می دهند.

علاوه بر تأثیر بر پیوند هیدروژنی بین مولکول های آب، باید به تعامل یون-دیپول نیز توجه کنید: هر مولکول آب یک دیپول است، به این معنی که یک سمت (سمت اکسیژن) منفی تر و سمت دیگر (سمت هیدروژن) مثبت تر است. یون های سدیم مثبت به سمت اکسیژن مولکول آب هم راستا می شوند، در حالی که یون های کلر منفی به سمت هیدروژن هم راستا می شوند. تعامل یون-دیپول قوی تر از پیوند هیدروژنی بین مولکول های آب است، بنابراین انرژی بیشتری نیاز است تا آب را از یون ها دور کرده و به فاز بخار منتقل کنید.

حتی بدون یک حل کننده باردار، اضافه کردن ذرات به آب موجب افزایش نقطه جوش می شود زیرا بخشی از فشاری که محلول بر جو وارد می کند، اکنون از ذرات حل شده، نه فقط مولکول های حل کننده (آب) ناشی می شود. مولکول های آب برای تولید فشار کافی برای فرار از مرز مایع به انرژی بیشتری نیاز دارند. هرچه نمک (یا هر حل کننده دیگری) بیشتری به آب اضافه کنید، نقطه جوش بیشتری افزایش می یابد. این پدیده به تعداد ذرات ایجاد شده در محلول بستگی دارد.

کاهش نقطه انجماد دیگر خاصیت جمعی است که به همین شیوه عمل می کند: اگر به آب نمک اضافه کنید، علاوه بر افزایش نقطه جوش، نقطه انجماد آن را نیز کاهش می دهید.

نقطه جوش NaCl

وقتی نمک را در آب حل می کنید، به یون های سدیم و کلر تجزیه می شود. اگر تمام آب را بجوشانید، این یون ها دوباره ترکیب شده و نمک جامد را تشکیل می دهند. با این حال، هیچ خطری از جوشاندن NaCl وجود ندارد: نقطه جوش کلرید سدیم ۲۵۷۵ درجه فارنهایت یا ۱۴۱۳ درجه سانتی گراد است. نمک، مانند سایر مواد جامد یونی، دارای نقطه جوش بسیار بالایی است.