چرا نمک یخ را آب می کند؟ راز علمی فرونشینی نقطه انجماد
حتماً دیده‌اید که برای جلوگیری از یخ‌زدگی معابر و خیابان‌ها در فصل زمستان، روی آن‌ها نمک می‌پاشند. اما آیا می‌دانید نمک دقیقاً چطور باعث آب شدن یخ می‌شود؟ برای درک این موضوع، باید با پدیده‌ای به نام "فرونشینی نقطه انجماد" آشنا شوید.
نکات کلیدی: چرا نمک یخ را ذوب می‌کند؟- نمک با پایین آوردن نقطه انجماد آب، به ذوب شدن یخ کمک کرده و از یخ‌زدگی مجدد آن جلوگیری می‌کند. این پدیده با عنوان "فرونشینی نقطه انجماد" شناخته می‌شود.
- انواع مختلف نمک، عملکرد متفاوتی در دماهای مختلف دارند. به عنوان مثال، کلسیم کلرید در مقایسه با سدیم کلرید، نقطه انجماد را بیشتر کاهش می‌دهد.
- علاوه بر ذوب کردن یخ، از پدیده فرونشینی نقطه انجماد می‌توان برای تهیه بستنی بدون نیاز به فریزر نیز استفاده کرد!
نمک، یخ و فرونشینی نقطه انجماد: چگونه کار می‌کند؟
عملکرد نمک در ذوب کردن یخ، اساساً به این دلیل است که افزودن نمک، نقطه انجماد آب را کاهش می‌دهد. اما این فرآیند دقیقاً چطور انجام می‌شود؟ نکته اینجاست که نمک به تنهایی نمی‌تواند یخ را ذوب کند، بلکه به مقدار کمی آب در کنار یخ نیاز دارد. خوشبختانه، برای این کار نیازی به یک حوضچه آب نیست. معمولاً سطح یخ با یک لایه نازک از آب مایع پوشیده شده است و همین مقدار کافی است.
آب خالص در دمای 0 درجه سانتیگراد (32 درجه فارنهایت) یخ می‌زند. آبی که حاوی نمک (یا هر ماده دیگری) باشد، در دمای پایین‌تری یخ خواهد زد. میزان کاهش دما به نوع ماده‌ای که برای یخ‌زدایی استفاده می‌شود، بستگی دارد. اگر نمک را روی یخی بریزید که دمای آن هیچ‌گاه به نقطه انجماد جدید محلول آب و نمک نرسد، هیچ فایده‌ای نخواهد داشت. به عنوان مثال، پاشیدن نمک خوراکی (سدیم کلرید) روی یخ در دمای منفی 18 درجه سانتیگراد (0 درجه فارنهایت) فقط باعث می‌شود که یک لایه نمک روی یخ بنشیند. از طرف دیگر، اگر همین نمک را روی یخ در دمای منفی 9 درجه سانتیگراد (15 درجه فارنهایت) بریزید، نمک قادر خواهد بود از یخ‌زدگی مجدد آبِ حاصل از ذوب شدن یخ جلوگیری کند. منیزیم کلرید تا دمای منفی 15 درجه سانتیگراد (5 درجه فارنهایت) و کلسیم کلرید تا دمای منفی 29 درجه سانتیگراد (منفی 20 درجه فارنهایت) مؤثر هستند.
اگر دما به حدی پایین بیاید که محلول آب و نمک شروع به یخ زدن کند، با تشکیل پیوندها هنگام تبدیل مایع به جامد، انرژی آزاد می‌شود. این انرژی ممکن است برای ذوب کردن مقدار کمی از یخ خالص کافی باشد و به این ترتیب، این فرآیند ادامه پیدا کند.
با نمک، یخ را ذوب کنید (فعالیت عملی)
حتی اگر معابر یخی در دسترس ندارید، می‌توانید اثر فرونشینی نقطه انجماد را خودتان به سادگی آزمایش کنید. یک راه، درست کردن بستنی خانگی در یک کیسه پلاستیکی است! با افزودن نمک به آب، مخلوطی بسیار سرد ایجاد می‌شود که می‌تواند بستنی شما را منجمد کند.
اگر فقط می‌خواهید ببینید که مخلوط یخ و نمک تا چه حد می‌تواند سرد شود، 935 گرم نمک خوراکی معمولی را با 2835 گرم یخ خرد شده یا برف مخلوط کنید. مراقب باشید! دمای این مخلوط به حدود منفی 21 درجه سانتیگراد (منفی 6 درجه فارنهایت) می‌رسد که به اندازه کافی سرد است و در صورت تماس طولانی مدت با پوست، می‌تواند باعث سرمازدگی شود.
نمک خوراکی در آب به یون‌های سدیم و کلرید تجزیه می‌شود. شکر نیز در آب حل می‌شود، اما به یون‌ها تجزیه نمی‌شود. به نظر شما افزودن شکر به آب چه تاثیری بر نقطه انجماد آن خواهد داشت؟ آیا می‌توانید آزمایشی طراحی کنید تا فرضیه خود را آزمایش کنید؟
فراتر از نمک و آب: کاربردهای دیگر فرونشینی نقطه انجماد
پاشیدن نمک روی آب، تنها موقعیتی نیست که فرونشینی نقطه انجماد رخ می‌دهد. هر زمان که ذراتی را به یک مایع اضافه کنید، نقطه انجماد آن را کاهش و نقطه جوش آن را افزایش می‌دهید. یک مثال دیگر از فرونشینی نقطه انجماد، ودکا است. ودکا حاوی اتانول و آب است. به طور معمول، ودکا در فریزر خانگی یخ نمی‌زند، زیرا الکل موجود در آن، نقطه انجماد آب را پایین می‌آورد.
- شیمی
- علم
