问题

为什么盐可以更快的融化冰?

回答
盐为什么能让冰更快融化,这其实涉及到一些挺有意思的物理和化学原理,并不是简单地“加热”或者“搅拌”那么直观。说起来,这事儿跟咱们平时生活中接触的很多现象息息相关,比如超市里冷冻食品包装上的雪花,或者是冬天路面上撒的融雪剂。

咱们先得从“冰”这个东西说起。冰,也就是固态的水,它的分子(H₂O)排列得非常整齐、紧密,就像一排排士兵站得笔直,彼此之间的连接(氢键)很强,所以才能保持固定的形状。要让冰融化成液态水,就得给这些水分子足够的能量,让它们挣脱束缚,开始自由地移动。这个过程,我们称之为“熔化”,而熔化所需的温度,对于纯净的冰来说,就是在零摄氏度(0°C)或32华氏度。

现在,咱们把盐(通常我们说的是食盐,也就是氯化钠,NaCl)撒到冰上。盐粒子一旦接触到冰表面,就开始发生一些变化。首先,盐溶化了。为什么盐会溶化?因为盐的分子(Na⁺和Cl⁻离子)之间的吸引力虽然强,但水分子其实更有“本事”把它们拆散。当冰融化成一点点水时,这些水就成了盐溶化的“媒介”。水分子会包围住钠离子和氯离子,把它们拉开,让它们在水中自由分散。

这里面最关键的一步来了:凝固点降低。

你可能会想,盐不是固体吗?怎么还能让冰融化?其实,当盐溶解在水中时,它并不会“加热”冰。恰恰相反,它实际上是降低了水的凝固点。

怎么理解呢?你可以想象一下,冰融化成水,是一个从有序到无序的过程。而盐的离子(Na⁺和Cl⁻)进入到水中后,它们就像“捣乱分子”一样,打乱了水分子原本整齐的排列。这些盐离子会与水分子形成新的相互作用,这使得水分子要重新形成冰晶格(也就是重新冻结成冰)变得更加困难。

打个比方,如果把水分子比作一群有序排队的舞者,那么盐离子就像是突然闯进舞池的观众,它们挤在舞者中间,让舞者们更难找到自己的位置,更难配合跳出整齐的舞蹈。所以,要让这些“被干扰”的水分子重新冻结成冰,就需要更低的温度。

所以,当你在冰上撒盐时,虽然整体温度可能还是零摄氏度,但由于盐的加入,融化这个过程变得更容易发生。也就是说,盐让原本在0°C才会融化的冰,现在可以在更低的温度下(比如5°C、10°C,甚至更低,取决于盐的浓度)保持液态。

那么,这个“凝固点降低”是如何让冰“更快”融化的呢?

1. 起始过程的加速: 即使在0°C,当盐接触到冰面时,会立刻有一层薄薄的水膜形成(因为盐的出现让0°C不再是冰的稳定状态)。这层水膜是导电的,也让盐离子能够更有效地进入到冰的结构中。而且,盐溶解的过程本身会吸收一些热量,这可能是一个很小的效应,但也会对局部温度有轻微影响。
2. 持续的融化驱动: 更重要的是,一旦冰开始融化,形成含盐的水溶液,这个溶液的凝固点就被降低了。这意味着,只要环境温度高于这个新的、更低的凝固点,冰就会持续不断地融化。如果你的环境温度是0°C,而盐的加入让水的凝固点降到了5°C,那么即使在0°C,由于这个新凝固点低于环境温度,冰就会持续融化,直到所有的冰都融化成含盐的水溶液,或者环境温度上升到新的凝固点以上。
3. 传热效率的改善: 纯净的冰融化成水后,如果水无法及时散开,可能会在冰表面形成一层绝缘层,减缓热量传递。而盐水溶液的导热性通常比纯净水要好一些,这样一来,周围环境的热量就能更有效地传递到剩余的冰上,促进融化。

所以,总结一下:盐之所以能更快地融化冰,并非因为它直接“加热”冰,而是通过降低水的凝固点。这个现象叫做凝固点降低(Freezing Point Depression),是溶液的一个重要性质。当盐溶解在水中时,它会干扰水分子形成冰晶格的能力,使得水需要更低的温度才能结冰。因此,在相同的环境温度下,撒了盐的冰比纯净的冰更容易(或说在更低的温度下)保持液态,从而看起来就像融化得更快了。

当然,盐的种类、用量以及环境的温度和湿度都会影响融冰的速度。比如,氯化钙(CaCl₂)比氯化钠(NaCl)的凝固点降低效果更强,所以融冰效果也更好,这也是为什么冬天有些地方会用氯化钙来化雪。

网友意见

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这个问题是,为什么盐能更快地融化冰,那我们先来谈谈正常情况下冰是如何融化的,以及加入盐之后是怎样融化的。

正常情况下,冰融化时经历了这样的一些步骤:

  1. 从外界吸收热量,冰的温度升高到熔点;
  2. 冰继续从外界吸收热量;
  3. 冰融化。

实际上1和2都比较慢,因为水和空气都是热的不良导体。

而在加入了盐之后,由于溶液的依数性,盐+水的凝固点降低,也就对应冰的熔点降低。

【所谓依数性,是指溶液所具有的一类性质,这类性质只取决于溶质溶剂中的“粒子”浓度,而与溶质的本性无关。其中包括凝固点降低,还有沸点升高。可以参考我的这条回答 知道一种水溶液的凝固点,怎么求它的沸点?

那么此时,冰盐体系的熔点降低,甚至能降低到比当前的温度还要低的程度——也就是说,这时候体系的温度高于熔点,因此冰自发地就会融化!从而把1和2的步骤给省去了,所以当然就融化得快了咯。

利用往冰中加盐的方法,我们甚至可以在家中制作低温——具体方法可以参考我的这个视频。

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