Mnozí jsou přesvědčeni, že slaná voda zmrzne stejně jako sladká voda. LED je přece jen zamrzlá voda, ne? Tato otázka je však poměrně zajímavá a má svou zvláštnost, kterou nelze jednoduše zanedbat.
V tomto článku se podíváme na to, proč voda obsahující sůl má své jedinečné vlastnosti a jak ovlivňuje proces tuhnutí. Odpovíme na otázku: bude LED slaný, když zmrazíte slanou vodu?
Co se stane s ledem, když zmrazíte slanou vodu?
Zmrazení slané vody vede k zvláštnímu typu ledu zvanému slaný LED. Za normálních podmínek se led skládá z molekul vody, které jsou uspořádány do krystalové mřížky. Když však voda obsahuje dostatek soli, dochází ke změně struktury ledu.
Solný LED obsahuje ve své struktuře jak molekuly vody, tak molekuly soli. Je to proto, že ionty soli jsou přitahovány k určitým bodům v ledové mřížce. Právě v těchto bodech se soli nacházejí mezi molekulami vody.
Solný LED má nižší bod tání a vysoký bod varu ve srovnání s běžným ledem. To znamená, že slaná voda začne mrznout při nižší teplotě a roztaví se při vyšší teplotě než čistá voda.
| Voda | Teplota tání (°C) | Bod varu (°C) |
|---|---|---|
| Čistá voda | 0 | 100 |
| Slaná voda | méně než 0 | více než 100 |
Slaný LED má navíc hustší strukturu než běžný LED. To je způsobeno vlivem soli na krystalovou mřížku ledu, díky které je hustší a pevnější.
Právě kvůli těmto vlastnostem se slaná voda používá ke zpracování a čištění povrchů silnic v zimě. Při zmrazování vytváří pevnější a stabilnější led, který je méně náchylný k tání pod vlivem vysokých teplot a silničních činidel.
Zkoumáme vliv soli na led
Jeden ze zajímavých experimentů, které lze provést doma, souvisí se zmrazením slané vody a studiem vlastností výsledného ledu.
Mnoho lidí si klade otázku: bude LED slaný, když zmrazíte slanou vodu?
K ověření této otázky je třeba postupovat několika kroky:
- Vezměte běžnou plastovou nádobu, jako je sklenice, a naplňte ji slanou vodou. Množství soli závisí na preferencích, ale obvykle se přidávají asi 2 lžíce soli na 1 litr vody.
- Sůl důkladně promíchejte, dokud se sůl úplně nerozpustí.
- Vložte nádobu se slanou vodou do mrazáku nebo mrazničky a nechte úplně zmrznout.
- Když voda úplně zmrzne, vytáhněte nádobu a pečlivě prozkoumejte LED.
Jedním z výsledků experimentu bude, že led bude slaný. Voda, když zmrzne, zanechá sůl v kapalném stavu a stane se ledem. LED získaný ze slané vody tak bude mít vysokou koncentraci soli. Je to proto, že sůl nemůže přejít do stavu ledu, takže zůstává v kapalném stavu a je uzavřena v ledu.
Zkoumání vlivu soli na led může pomoci pochopit, proč se slaná voda používá k roztavení ledu na silnicích. Při kontaktu se slaným ledem pomáhá sůl řidiče urychlit tání ledu a zvyšuje bezpečnost silničního provozu.
Proč se sůl používá k výrobě ledu?
Přidání soli také urychluje proces zamrzání vody. Když se sůl rozpustí ve vodě, vytvoří efekt "brzdění", což má za následek zpomalení procesu krystalizace a tvorby ledu. Voda se solí tak může zůstat v kapalném stavu při nižší teplotě.
Tyto vlastnosti soli z ní udělaly rozšířenou složku pro tvorbu ledu v různých oblastech, od domácích chladniček až po průmyslové mrazničky. Kromě toho může být použití soli k výrobě ledu ekonomicky výhodné, protože slaná voda může zůstat v kapalném stavu při nižších teplotách, což šetří energii a čas při zmrazování potravin.
Mechanismus interakce soli a vody při zamrznutí
Při zamrzání slané vody dochází k určitému mechanismu interakce mezi solí a vodou. Když voda začne mrznout, molekuly vody vytvoří krystalickou mřížku a vytvoří led. Přítomnost rozpuštěné soli ve vodě však tento proces významně ovlivňuje.
Když teplota slané vody klesne, molekuly soli začnou soutěžit s molekulami vody o místo na ledové krystalové mřížce. Sůl destabilizuje krystalickou strukturu vody a zabraňuje jejímu úplnému zamrznutí. Díky tomu může slaná voda zůstat v kapalném stavu i při nízkých teplotách.
Když teplota slané vody stále klesá, koncentrace rozpuštěné soli se zvyšuje. To vyžaduje stále více energie, aby voda začala zamrzat. Výsledkem je, že fázový diagram slané vody se posouvá doleva, což jí umožňuje zůstat kapalná při nižších teplotách než čistá voda.
| Teplota (°C) | Rozpustnost soli (g/100 g vody) |
|---|---|
| -10 | 35.7 |
| -5 | 38.3 |
| 0 | 39.2 |
| 5 | 40.3 |
| 10 | 41.9 |
To znamená, že slaná voda zamrzne při nižší teplotě než čistá voda. Po částečném zamrznutí slané vody se navíc zbývající tekutina obohatí o sůl, takže bude mít ještě nižší bod mrazu.
Proč je led získaný ze slané vody stále slaný?
Když slaná voda zmrzne, soli v ní jen tak nezmizí nebo se odpaří. Místo toho zůstávají ve vodě, ale dostávají nový tvar. Jakmile voda zmrzne a změní se na led, sůl se nemůže rozpustit v pevné struktuře ledu.
LED však neobsahuje sůl. Ve skutečnosti LED ze slané vody stále obsahuje soli, ale ve velmi nízkých koncentracích. Když voda zmrzne, sůl zůstane v tekuté části, která se nezmění na led. Při zmrazení slané vody se tedy molekuly ledu tvoří bez solí a shromažďují se v krystalické mřížce, takže většina soli zůstává v kapalné fázi.
Výsledkem je, že led ze slané vody může mít určitou chuť soli, ale bude výrazně méně slaný než samotná slaná voda. Koncentrace soli v ledu bude mnohem nižší než v původní vodě. LED ze slané vody tedy stále obsahuje soli, ale jejich přítomnost je tak nepatrná, že chuť bude slabě patrná.
| Složení | LED získaný ze slané vody | Slaná voda |
|---|---|---|
| Voda | Kolem 99.9% | Přibližně 97-99% |
| Soli | Kolem 0.1% | Přibližně 1-3% |
Takže zatímco LED získaný ze slané vody může mít malou chuť soli, jeho koncentrace je podstatně nižší než v původní slané vodě.