Kiedy dodasz sól do kostki lodu, otrzymasz kostkę lodu, której temperatura jest wyższa od jej temperatury topnienia.

Ta kostka lodu zrobi to, co każda kostka lodu powyżej temperatury topnienia: stopi się. Gdy się topi, ochładza się, ponieważ energia jest używana do zrywania wiązań w stanie stałym.

(Pamiętaj, że powyższy punkt może być mylący, jeśli nie myślisz o przejściach fazowych. topienie kostek pobiera energię, a zamrażanie kostek lodu daje energię. Lubię o tym myśleć w kategoriach zasady Le Chateliera: jeśli musisz obniżyć temperaturę, aby zamrozić kostkę lodu, oznacza to, że woda wydziela ciepło, gdy zamarza.)

W związku z tym ochłodzenie, które uzyskujesz, wynika z faktu, że niektóre wiązania w lodzie są zrywane, tworząc wodę, która zabiera ze sobą energię. Utrata energii z kostki lodu powoduje jej ochłodzenie.

Wiemy, że topienie lub zamrażanie to proces równowagi. Energia potrzebna do stopienia kostki lodu nie przyczyni się do podniesienia jej temperatury, dopóki cała woda w stanie stałym nie stopi się.

Jeśli weźmiemy dwie kostki lodu i dodamy sól do jednej z nich, włóż każdą z nich w temperaturze pokojowej obie kostki lodu będą absorbować energię z otoczenia, a energia ta, jak powiedzieliśmy, przyczyni się do zerwania wiązań między cząsteczkami wody.

Sześcian, do którego nie dodano soli, ma temperaturę topnienia $ 0 ~ \ mathrm {^ \ circ C} $, więc jeśli zmierzymy jego temperaturę podczas topienia, pozostanie zero, dopóki cały lód nie stopi się . Ta kostka lodu, do której dodaliśmy sól, dodana sól obniża temperaturę topnienia i zamarzania wody, ponieważ obniża ciśnienie pary wody. Ta kostka lodu będzie absorbować energię z otoczenia, aby pomóc zerwać wiązania między cząsteczkami wody. Wiemy, że dodana sól rozpuści się w stopionej części lodu. Ten utworzony roztwór soli będzie miał obniżoną temperaturę krzepnięcia, więc równowaga między fazą stałą a fazą wodną zostanie przesunięta w kierunku fazy ciekłej, ponieważ taki roztwór będzie zamarzał przy powiedzmy $ -2 ~ \ mathrm {^ \ circ C} $. Ponieważ obie fazy są blisko siebie, lód pochłonie energię z roztworu soli i obniży swoją temperaturę do $ -2 ~ \ mathrm {^ \ circ C} $, aby utrzymać równowagę. Kiedy cały lód się stopi, otrzymamy roztwór soli, który ma temperaturę powiedzmy -1,5 $ ~ \ mathrm {^ \ circ C} $. Wynika to z tego, że roztwór jest teraz rozcieńczany. Następnie zacznie absorbować ciepło z pomieszczenia i osiągnie zero i więcej. Podsumowując, w ten sposób sól topi lód.

Mieszanina wody i lodu stabilizuje się w punkcie zamarzania wody.

Gdyby lód był zimniejszy, absorbowałby ciepło z wody, podnosząc w ten sposób własną temperaturę, jednocześnie zamrażając jakąś część wody.

Jeśli woda jest cieplejsza, ostygnie przez stopienie części lodu.

To działa, ponieważ rozmrażanie lodu jest endotermiczne; energia (ciepło) jest wykorzystywana do przemiany ciała stałego w ciecz, mimo że temperatura pozostaje taka sama.

Punkt zamarzania wody wynosi 0 $ \ pu {° C} $, więc błoto z lodu pozostaje na $ 0 \ pu {° C} $. Gdyby była niższa, ustabilizowałaby się przy niższej temperaturze. Dodając sól, obniżasz temperaturę zamarzania. Mieszanka tam stabilizuje się i jest zimniejsza.

Kiedy rozpuszczasz $ \ ce {NaCl} $ w wodzie, będzie on musiał pobierać energię z systemu, aby rozbić swoją strukturę, aby mógł rozpuścić się w wodzie. To jest powód, dla którego woda staje się zimniejsza, ponieważ sól wykorzystuje energię z wody, aby ją rozwiązać. Zobaczmy teraz, dlaczego lód topi się po dodaniu soli. Opiera się to na tak zwanym atrybucie koligatywnym. Te atrybuty zależą tylko od ilości substancji. Kiedy dodajesz cząsteczki do rozpuszczalnika, jego prężność pary spada. Spowoduje to wyższą temperaturę wrzenia (użycie soli do gotowania) i niższą temperaturę zamarzania roztworu.

Mam nadzieję, że to daje punkt wyjścia do dalszej lektury, skonsultuj się z książkami na temat chemii fizycznej (np. Atkins) .

Pytanie dlaczego

Kiedy pytasz dlaczego, chcesz wiedzieć o przyczynowości. Jeśli zapytam „dlaczego zimny okład wykazuje spadek temperatury”, a odpowiedź brzmi „ponieważ reakcja jest endotermiczna”, można to uznać za tautologię. W końcu endotermia oznacza, że ​​potrzebna jest energia, która może pochodzić z otoczenia, obniżając temperaturę.

Dlaczego woda z lodem chłodzi się po dodaniu soli?

Jak podaje OP, obniża to temperaturę zamarzania cieczy. System nie jest już w stanie równowagi, a część lodu stopi się w procesie endotermicznym. W konsekwencji temperatura spada, a słona woda ulega rozcieńczeniu. Proces topienia zatrzymuje się, gdy stężenie soli i temperatura są ponownie dopasowane, tj. Temperatura zamarzania cieczy jest równa temperaturze systemu.

Powszechnie wiadomo, że dodanie soli do lodu , lód nie tylko topi się, ale w rzeczywistości stygnie.

Proces topnienia zachodzi na granicy cieczy i ciała stałego, więc zarówno roztwór, jak i lód staną się zimniejsze.

Z książek o chemii, ja ' Nauczyliśmy się, że sól obniży temperaturę zamarzania wody. Ale jestem trochę zdezorientowany, dlaczego powoduje to spadek temperatury zamiast po prostu kończyć się wodą o temperaturze 0 ° C.

Pytanie brzmi, że część lodu topi się, dlaczego temperatura spada. Stwierdzenie, że topnienie lodu jest procesem endotermicznym, może nie w pełni odpowiedzieć na pytanie (wyjaśnić przyczynowość).

Co się dzieje, gdy sól topi lód, aby obniżyć temperaturę?

Pod względem kinetyki sól nie rozpuszcza lodu. Zamiast tego obniża tempo zamarzania wody. Efekt netto jest taki, że lód topnieje. Na poziomie molekularnym, według https://www.nyu.edu/pages/mathmol/textbook/info_water.html, „W wodzie ciekłej każda cząsteczka jest związana wodorowym z około 3,4 innymi cząsteczkami wody. W lodzie każda cząsteczka jest połączona wodorem z 4 innymi cząsteczkami. " Tak więc po stopieniu woda traci około połowy wiązania wodorowego. Ponadto pozostałe wiązania wodorowe mogą mieć mniej idealne odległości i kąty. To właśnie sprawia, że ​​proces jest endotermiczny. NaCl ma niewielką rolę w energetyce, jak każda inna substancja rozpuszczona ma prawie taki sam efekt (właściwość koligatywna).

Kiedy dodasz sól do lodu, który się topi, nie będę się zastanawiał, dlaczego, skoro o to nie zapytałeś; wszystko, co musisz zrobić, to zrobić, jeśli mi nie wierzysz ->

http://science.howstuffworks.com/nature/climate-weather/atmospheric/road-salt. htm

Przechodząc dalej, za każdym razem, gdy substancja przechodzi zmianę fazową, jej temperatura nie rośnie i zwykle pozostaje względnie stała, jeśli spojrzeć na wykres większości substancji podczas różnych przemian fazowych (np. ciało stałe płyn do gazu) zaobserwujesz obszary, które są „płaskie” lub poziome. Dzieje się tak, ponieważ energia nie powoduje już wzrostu temperatury, ale zmianę stanu. Ponieważ rozpuściłeś sól w lodzie, obniży to temperaturę zamarzania (pamiętaj, że temperatura zamarzania i topnienia jakiejkolwiek substancji jest taka sama, mogą być postrzegane jako lustra dla siebie nawzajem) oznacza to, że woda może teraz istnieć w niższych temperaturach i nie może się obracać w lód lub innymi słowy, zacznie się topić w niższych temperaturach, co może tłumaczyć, dlaczego temperatura byłaby NIŻSZA, ponieważ nie musi już osiągać tak wysokiej temperatury, aby zaczęła się topić. Nie wyjaśniłem tego zbyt jasno, ale mam nadzieję, że rozumiesz to, skonsultowanie się z podręcznikiem do fizyki i chemii, ponieważ osoba powyżej zasugerowała, że ​​to dobry pomysł.

Topienie jest endotermiczne, a zamrażanie egzotermiczne. Nigdy nie obserwujemy nagrzewania się wody, gdy zamarza, ponieważ więcej energii musi zostać utracone z systemu, zanim zamarznie więcej wody. Kiedy woda zamarza z zimnego powietrza, uwolnienie ciepła faktycznie spowalnia zamrażanie. Dodanie soli do mieszanki wody i lodu powoduje, że więcej lodu topi się, obniżając temperaturę zamarzania, a nie dodając energii wewnętrznej, więc robi się chłodniej.

Przeprowadźmy eksperyment myślowy, aby zobaczyć, co się dzieje. Połącz 500 ml czystej wody i 500 gramów lodu, każdy o temperaturze 0 C, w doskonale izolowanym pojemniku. Następnie dodaj 300 gramów NaCl (również w 0 C). Na początku nie cały NaCl się rozpuści, ponieważ NaCl jest rozpuszczalny tylko w 26% w wodzie o temperaturze 0 C. (Temperatura wody nieznacznie spadnie ze względu na energię potrzebną do rozpuszczenia soli: około 1 kcal / mol soli. )

Temperatura topnienia kostki lodu wciąż wynosi 0 C. Jednak otaczająca ją ciecz, chociaż ma około 0 C, jest prawie nasyconym roztworem soli, a nie czystą wodą.

Cząsteczki wody z kostki lodu będą dyfundować do roztworu soli, rozcieńczając go. Energia jest potrzebna do przejścia od stałego lodu do wody: ilość ciepła wymagana do stopienia lodu wynosi 68,3 kcal / mol (ciepło topnienia). Energia ta pochodzi z roztworu soli, obniżając jej temperaturę. Kostka lodu będzie nadal topić się (zamienia się z ciała stałego w płyn), o ile nie jest w równowadze z roztworem. Kostka lodu nie topi się, ponieważ otaczająca ciecz ma niższą temperaturę zamarzania, topi się, ponieważ otaczający roztwór zawiera mniej niż 100% wody. Otaczający roztwór jest już zimniejszy niż 0 ° C, a kostka lodu jest nadal czystą stałą wodą o temperaturze 0 ° C. Innymi słowy, siłą napędową jest nierównowaga koncentracji. Na początku eksperymentu była równowaga termiczna (wszystko w 0C), ale nierównowaga stężeń wymusiła topnienie lodu energią cieplną z roztworu. Obniżenie punktu zamarzania charakteryzuje rozwiązanie, ale nie jest siłą napędową.

Nie. Niestety wydaje się, że wszyscy zapominamy o fundamentalnej właściwości lodu - kopnąłem się, kiedy to zauważyłem. Pomyśl o dużym kawałku lodu wyjętym z domowej zamrażarki, siedzącym w wiadrze, unoszącym się we własnej stopionej wodzie. Cała ciekła woda otaczająca ten lód znajduje się w $ \ pu {0 ^ \ circ C} $ . Ekstremalna powierzchnia tego lodu, która jest wystawiona na działanie roztopionej wody (warstwa, która ma przejść w stan ciekły) również znajduje się w $ \ pu {0 ^ \ circ C} $ . ALE stałe (nieprzechodzące) wnętrze bryłki lodu wciąż ma temperaturę zbliżoną do zamrażarki, z której pochodzi, około $ \ pu {-18 ^ \ circ C} $ ! Dlatego nie powinniśmy myśleć o całej wodzie w wiadrze (płynna substancja stała &) jako o $ \ pu {0 ^ \ circ C} $ . Zamiast tego większość zamarzniętej wody jest znacznie zimniejsza niż $ \ pu {0 ^ \ circ C} $ . Więc teraz widzimy, że w bryle lodu występuje znaczny gradient temperatury. Dokładne centrum jest najzimniejsze (prawdopodobnie $ \ pu {-18 ^ \ circ C} $ ). Wychodząc stamtąd temperatura rośnie, aż dotrzesz do powierzchni, na której lód ogrzał się do temperatury $ \ pu {0 ^ \ circ C} $ i zaczął się topić . Teraz możemy łatwo zobaczyć, dlaczego dodanie soli do cieczy otaczającej bryłę lodu spowodowałoby obniżenie temperatury tej słonej wody. Dodając sól obniżyłeś temperaturę topnienia. Warstwa powierzchniowa lodu, która była $ \ pu {0 ^ \ circ C} $ , stopiłaby się szybko, ponieważ sól jest z nią w bliskim kontakcie i działa na nią tak że powierzchnia lodu jest teraz zbyt ciepła, aby utrzymać stan stały. Pod tą szybko topiącą się warstwą lodu znajduje się kolejna warstwa, powiedzmy $ \ pu {-1 ^ \ circ C} $ . Sól byłaby w stanie z kolei oddziaływać na ten zimniejszy lód i spowodować jego stopienie, utrzymując ujemną temperaturę, tworząc niewielką ilość $ \ pu {-1 ^ \ circ C} $ woda słona. To poniżej zera działanie topnienia wywołane solanką będzie kontynuowane w kierunku nowej równowagi temperaturowej (między powierzchnią ciała stałego a cieczą) gdzieś poniżej $ \ pu {0 ^ \ circ C} $ zgodnie z poziomem zasolenia stopionej wody.