Když na ledovou vrstvu nasypete sůl, sníží bod tuhnutí vody a způsobí, že led roztaje. Tento zdánlivě jednoduchý proces má řadu důležitých důsledků. V zimě zajišťuje větší bezpečnost na silnicích a před nástupem dnešních chladicích systémů pomáhal při uchovávání potravin.
Ráno jsem nemohl vyjet po dlážděném svahu před garáží, protože na něm byla vrstva ledu. Musel jsem se držet plotu, abych nespadl, když jsem šel dolů – auto by nemělo šanci. Led ale stačilo poprášit několika hrstmi posypové soli, konkrétně chloridem sodným NaCl, a za pár minut byl pryč.
Co se vlastně stalo?
Voda (H₂O) se skládá z molekul, které se neustále pohybují a vibrují. Když zmrzne v led, tyto molekuly zpomalí a stanou se uspořádanějšími. Vytvoří krystalickou strukturu.
Teplota, při které k tomuto přechodu dochází, se nazývá bod tuhnutí a v případě čisté vody za normálního tlaku jde o známých 0 °C. Při opačném procesu tání se vazby mezi molekulami H₂O uvolňují a z pevného ledu se zase stává voda.
Soli jsou chemické sloučeniny iontového charakteru. Skládají se z kladně a záporně nabitých iontů, jako celek jsou potom neutrální. Když se sůl rozpouští ve vodě, tyto ionty – například sodíku a chloru – reagují s jejími molekulami a narušují jejich uspořádanou strukturu. Toto narušení znesnadňuje další mrznutí molekul a sůl ve směsi snižuje bod (teplotu) tuhnutí vody. Studený povrch silnice už potom nedokáže změnit skupenství na pevný led.
Jak je možné, že led v pevném skupenství reaguje s pevnou solí? Na jeho povrchu je totiž i v nízkých teplotách velmi slabá vrstva, která se chová jako polotekutá. Má určitou flexibilitu pohybu a sůl se v ní dokáže rozpustit. Jak potom slaná směs prochází ledem níž, snižuje se její koncentrace. Proto platí, že čím je soli více, tím je efekt tání ledu silnější a rychlejší.
Chlorid sodný není nejefektivnější látka, kterou můžete použít. Rozloží se pouze na dva ionty, zatímco například chlorid vápenatý (CaCl₂) se umí roztrojit na jeden vápenatý a dva chloridové. Více iontů má větší efekt a tyto soli dokážou snížit bod tuhnutí vody ještě k nižším teplotám. Jsou proto funkční i ve velké zimě, kde chlorid sodný přestává být účinný (pod -7 °C).
Moment! Proč ale sůl pomáhá při mražení zmrzliny
Sůl se dřív přidávala k ledu také třeba při výrobě zmrzliny nebo obecně v situacích, kdy bylo potřeba snížit teplotu. To jakoby nedávalo smysl, že? Silnici solí sypeme, aby se led rozpustil, a tady naopak chceme, aby směs rychleji zmrzla…?
Voda při tuhnutí na led uvolňuje energii, jde tedy o exotermický proces. Při tání led energii z okolního prostředí naopak absorbuje, aby bylo možné rozbít vodíkové vazby. Tady je reakce endotermická.
V bodě tuhnutí – když je venku nula stupňů – jsou tyto dva procesy v rovnováze a energie uvolněná táním odpovídá energii absorbované tuhnutím. Přidáním soli bod tuhnutí vody snížíme, led se roztaví na vodu a absorbuje teplo. Ale nemůže zmrznout a teplo tím uvolnit, aby nastala rovnováha. V důsledku toho teplota nad ledem klesá a ochlazuje okolí; a třeba právě zmrzlinu.