问题

为什么盐水熔点会降低?

回答
盐水熔点降低,这事儿听起来好像有点违背常理,毕竟我们平时印象里,盐是用来“压”住冰,让它更快融化的。但其实,这背后是一个叫做“依数性”的化学原理在起作用。

咱们先得明白,纯水的熔点是多少?是零摄氏度,也就是0℃。在这个温度下,水既可以是固态(冰),也可以是液态(水),处于一种动态平衡。

现在,我们往水里加盐,也就是氯化钠(NaCl)。氯化钠在水里会发生电离,变成钠离子(Na⁺)和氯离子(Cl⁻)。这里要注意,盐不是像糖那样一份一份地分散开,而是变成了一堆带电的离子。

那么,这些离子是怎么影响水的凝固过程的呢?

想象一下,水分子就像一个个乖巧的小球,在达到0℃时,它们会紧密地排列起来,形成规则的晶体结构,也就是冰。这个过程需要一定的能量来“冻结”住它们。

但是,当我们加入了盐,这些钠离子和氯离子就“闯”进了水分子之间。它们的存在,就像是在给水分子排列组合制造了一堆“障碍物”或者说“搅局者”。

水分子想要按照它们原有的方式紧密地挤在一起,形成冰的晶格,现在却要绕开这些离子。这些离子占用了原本属于水分子结合的空间,并且它们之间的电荷吸引力也和水分子之间的氢键有所不同。

这就好比,你正在排一条整齐的队伍,突然有人在你前面加进来了几个蹦蹦跳跳的小孩。为了让队伍能继续往前,后面的人就得稍微调整一下自己的位置,甚至队伍的整体速度都可能慢下来。

在凝固这件事上,“速度慢下来”就体现在需要更低的温度才能让水分子重新有序地排列成冰。简单来说,离子对水的凝固起到了“抑制”作用。水分子需要失去更多的热量,才能克服这些离子的干扰,重新组织成冰的结构。

所以,要想让盐水结冰,你就得把温度降到0℃以下。这个降低的幅度,跟加入的盐的浓度有很大关系。浓度越高,加入的离子越多,对水分子凝固的干扰就越大,熔点也就越低。

这就是为什么在冬天,我们会在马路上撒盐,不是为了让盐水更快融化,而是为了让它在更低的温度下才能结冰,从而防止路面结冰。

这其中还有一个更深层的概念叫做“依数性”。依数性是指溶液的某些性质(如蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压)的改变程度,仅取决于溶液中溶质粒子(分子或离子)的数目,而与溶质的种类无关。

对于盐水来说,氯化钠电离后变成了钠离子和氯离子,也就是一个氯化钠分子变成了两个离子。所以,同样的质量的盐,在水里会产生比相同质量的糖(它不电离)更多的粒子。正是因为这些额外的粒子,盐水相对于纯水的凝固点降低得会更明显。

总而言之,盐水熔点降低,是因为盐在水中电离产生的离子占据了水分子在凝固过程中形成晶格的空间,干扰了水分子之间的相互作用,使得水分子需要更低的温度才能重新排列成冰。这是一种普遍的溶液性质,属于“依数性”的范畴。

网友意见

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实际上,凝固点降低的同时,沸点是升高的。我简单描述一下其物理本质,你就能明白了。

对于凝固点降低,其物理图像是,由于溶质的存在,液态水中水分子的浓度降低,而固态水(冰)成分不变,所以水更难结冰,导致凝固点降低。

对于沸点升高,其物理图像就是,因为溶质的存在,水分子的浓度降低,从而导致水的饱和蒸气压降低(相当于液态水更难气化),所以沸点必须升高。

之前我回答过类似的问题,希望有所帮助。

知道一种水溶液的凝固点,怎么求它的沸点?

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