Kenapa Garam Boleh Mencairkan Ais?

Taburkan garam pada ais yang suhunya tidak terlalu rendah, dan permukaannya boleh menjadi lebih berair. Kesan ini bukan kerana garam menghasilkan haba yang cukup untuk mencairkan ais. Kuncinya ialah apa yang berlaku apabila garam larut dalam air cecair yang bersentuhan dengan ais.

Nota Istilahpenurunan takat beku: Penurunan suhu keseimbangan pembekuan sesuatu pelarut apabila bahan terlarut hadir di dalamnya.

Permukaan ais bukan sekadar pepejal kering

Berhampiran takat lebur, molekul pada permukaan ais lebih bergerak berbanding molekul di bahagian dalam kristal. Apabila kristal garam bersentuhan dengan air cecair yang tersedia pada permukaan, garam boleh larut. Natrium klorida, misalnya, terurai kepada ion natrium dan klorida dalam larutan.

Larutan membeku pada suhu lebih rendah

Air tulen dan larutan garam tidak mempunyai suhu keseimbangan pembekuan yang sama. Kehadiran bahan terlarut menurunkan potensi kimia air dalam fasa cecair. Akibatnya, keseimbangan antara ais dengan larutan dicapai pada suhu lebih rendah daripada keseimbangan ais dengan air tulen. Fenomena termodinamik ini dipanggil penurunan takat beku.

Apabila garam larut, suhu keseimbangan pembekuan menjadi lebih rendah. Pada suhu yang sesuai, keadaan ini membolehkan lebih banyak ais mencair tanpa garam bertindak sebagai sumber haba.

Bayangkan ais berada pada suhu sedikit di bawah 0 °C. Jika air yang bersentuhan dengannya menjadi larutan garam dan suhu sistem berada di atas suhu pembekuan larutan itu, sebahagian ais boleh mencair sehingga keadaan baharu dicapai. Pencairan memerlukan tenaga, jadi campuran ais dan garam boleh menjadi lebih sejuk dalam keadaan tertentu.

Kenapa garam tidak sentiasa berkesan?

Kesan penyahais mempunyai had. Jika suhu terlalu rendah, menaburkan natrium klorida tidak menjamin ais akan mencair dengan berkesan. Kepekatan larutan, jenis garam, jumlah air cecair yang tersedia dan suhu semuanya penting. Rajah fasa natrium klorida-air menunjukkan had komposisi dan suhu; sebab itu bahan penyahais lain seperti kalsium klorida juga digunakan dalam keadaan tertentu.

Daripada Makmal ke Jalan RayaPrinsip penurunan takat beku menerangkan mengapa garam digunakan sebagai penyahais, tetapi prestasi sebenar di jalan turut dipengaruhi pencairan salji, trafik, kadar aplikasi, aliran air dan suhu permukaan. Garam jalan juga boleh meningkatkan kandungan klorida dalam air permukaan dan air bawah tanah.

Prinsip yang sama dalam campuran lain

Penurunan takat beku ialah sifat larutan, bukan keanehan ais di jalan raya. Eksperimen makmal boleh membandingkan suhu pembekuan air tulen dengan larutan garam pada kepekatan berbeza. Prinsip yang sama digunakan dalam demonstrasi pembuatan aiskrim, apabila garam ditambahkan pada ais di luar bekas supaya campuran penyejuk boleh mencapai suhu di bawah takat beku air tulen.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?

Bagaimana kita tahu?

Pemerhatian
Larutan garam boleh kekal cair pada suhu yang menyebabkan air tulen membeku, dan campuran ais-garam boleh mencapai suhu di bawah 0 °C.
Bukti
Pengukuran terkawal dan rajah fasa menunjukkan suhu keseimbangan pembekuan sistem natrium klorida-air berubah mengikut kepekatan. Eksperimen ais-air yang ditambah garam turut menunjukkan suhu campuran boleh turun di bawah 0 °C.
Inferens
Apabila garam larut pada air yang bersentuhan dengan ais dan suhu sistem berada di atas suhu pembekuan larutan yang terhasil, keadaan termodinamik memihak kepada lebih banyak fasa cecair berbanding sistem air tulen pada suhu yang sama.
Model
Model termodinamik menerangkan pembekuan melalui keseimbangan potensi kimia air dalam fasa pepejal dan cecair. Bahan terlarut merendahkan potensi kimia air dalam larutan, maka keseimbangan dengan ais dicapai pada suhu lebih rendah.
Batasan
Ayat mudah 'garam mencairkan ais' tidak bermaksud garam boleh mencairkan sebarang jumlah ais pada sebarang suhu. Larutan sebenar tidak ideal pada kepekatan tinggi, setiap garam mempunyai rajah fasa tersendiri, dan kadar pencairan di dunia sebenar turut bergantung pada pemindahan haba serta keadaan permukaan.

Uji KefahamanSoalan 1 daripada 3

Mengapakah garam boleh membantu mencairkan ais berhampiran 0 °C?