Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:15 • sest 21:38 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 01:18 • Sest 04:30 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 07:36 • Síðdegis: 19:53 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 01:39 • Síðdegis: 13:42 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: í daglegu lífi

Hvers vegna myndast kuldi þegar salti er stráð á ís, til dæmis á tröppum húsa, og hvers vegna breytist ísinn þá í vökva?

Halldór Svavarsson og Þorsteinn Vilhjálmsson

Vatnssameindirnar eru á stöðugri hreyfingu en þegar hitastigið lækkar hægja þær á sér og aðdráttarkraftar milli þeirra fara að hafa meiri áhrif. Við frostmark (0°C) fara sameindirnar svo hægt að þær ná að festast saman og mynda ískristall. Slíkt köllum við hamskipti efnis eða fasaskipti og eðlisfræðingar tala um að vatnið breytist úr vökvaham í gasham.

Við þekkjum það að saltur sjórinn frýs við lægra hitastig en ferskt vatn. Bræðslumark íssins (eða frostmark vökvans) hefur sem sé lækkað. Í stað þess að frjósa við 0°C getur sjórinn haldist á vökvaformi þrátt fyrir talsvert frost.

Á yfirborði íss eru alltaf einhverjar vatnsameindir að losna úr ískristallinum ("bráðna") og aðrar að festast í honum ("frjósa"). Við frostmark eru ís og vatn í jafnvægi; jafnmargar vatnssameindir breytast þá úr ís í vatn og öfugt.

Þegar salt er sett í fljótandi vatn leysist það upp í rafhlaðnar eindir sem nefnast jónir. Sé salti dreift yfir ís blandast það fljótandi vatninu sem situr alltaf utan á ísnum, en fer ekki inn í ísinn. Að sama skapi verður þá minna af vatnssameindum í vökvaham á hverri flatareiningu á yfirborði íssins en þéttleiki sameinda í ísnum breytist ekki þannig að fyrrnefnt jafnvægi raskast; færri sameindir úr vökvaham breytast í ís en jafnmargar fara hina leiðina. Ísinn og vatnið þurfa því að kólna ennþá meira til þess að jafnvægi náist og síðan fari að frjósa meira vatn en það sem þiðnar.

Venjulegt matarsalt (NaCl) getur til dæmis lækkað bræðslumarkið niður í -21 °C en þá er saltstyrkurinn orðinn svo mikill að vatnið er orðið mettað. Viðbótarsalt leysist þá ekki lengur upp heldur botnfellur. Saltvatn sem er undir frostmarki fyrir hreint vatn er kallað kuldablanda.

Til að breyta ísnum í vatn þarf varma sem ísinn tekur frá umhverfinu og því má til sanns vegar færa að það "myndast kuldi" við þetta eins og spyrjandi segir; umhverfið kólnar.

Samsvarandi skýring er á því að suðumark saltvatns er hærra en fyrir hreint vatn. Saltið gufar ekki upp með vatninu en tekur sitt pláss. Vökvinn þarf því að hitna upp fyrir venjulegt suðumark til þess að ná jafnvægi við vatnsgufuna sem er alltaf fyrir hendi við yfirborð vatnsins.

Í hefðbundinni varmafræði er beitt hugtökum eins og gufuþrýstingi (vapour pressure) til að leiða fram þær niðurstöður sem hér hefur verið lýst. Þá kemur meðal annars við sögu jafna Clapeyrons sem svo er kölluð, en hún fjallar um breytinguna á gufuþrýstingi vökva með hita. Sjá til dæmis hina sígildu bók Enrico Fermis, Thermodynamics. New York: Dover, 1956 [upphafleg útg. 1936].

Skoðið einnig skyld svör:

Svar Halldórs Svavarssonar við spurningunni Hvers vegna frýs vatn?

Svar Einars Arnar Þorvaldssonar og Þorsteins Vilhjálmssonar við spurningunni Suðumark vatns lækkar við minnkandi þrýsting, en getur ís soðið?



Mynd: HB

Höfundar

Halldór Svavarsson

Halldór Svavarsson

dósent við tækni- og verkfræðideild Háskólans í Reykjavík

Þorsteinn Vilhjálmsson

Þorsteinn Vilhjálmsson

prófessor emeritus, ritstjóri Vísindavefsins 2000-2010 og ritstjóri Evrópuvefsins 2011

Útgáfudagur

22.10.2001

Spyrjandi

Guðmann Þorvaldsson

Efnisorð

Tilvísun

Halldór Svavarsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. „Hvers vegna myndast kuldi þegar salti er stráð á ís, til dæmis á tröppum húsa, og hvers vegna breytist ísinn þá í vökva? “ Vísindavefurinn, 22. október 2001. Sótt 26. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=1920.

Halldór Svavarsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. (2001, 22. október). Hvers vegna myndast kuldi þegar salti er stráð á ís, til dæmis á tröppum húsa, og hvers vegna breytist ísinn þá í vökva? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=1920

Halldór Svavarsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. „Hvers vegna myndast kuldi þegar salti er stráð á ís, til dæmis á tröppum húsa, og hvers vegna breytist ísinn þá í vökva? “ Vísindavefurinn. 22. okt. 2001. Vefsíða. 26. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=1920>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvers vegna myndast kuldi þegar salti er stráð á ís, til dæmis á tröppum húsa, og hvers vegna breytist ísinn þá í vökva?
Vatnssameindirnar eru á stöðugri hreyfingu en þegar hitastigið lækkar hægja þær á sér og aðdráttarkraftar milli þeirra fara að hafa meiri áhrif. Við frostmark (0°C) fara sameindirnar svo hægt að þær ná að festast saman og mynda ískristall. Slíkt köllum við hamskipti efnis eða fasaskipti og eðlisfræðingar tala um að vatnið breytist úr vökvaham í gasham.

Við þekkjum það að saltur sjórinn frýs við lægra hitastig en ferskt vatn. Bræðslumark íssins (eða frostmark vökvans) hefur sem sé lækkað. Í stað þess að frjósa við 0°C getur sjórinn haldist á vökvaformi þrátt fyrir talsvert frost.

Á yfirborði íss eru alltaf einhverjar vatnsameindir að losna úr ískristallinum ("bráðna") og aðrar að festast í honum ("frjósa"). Við frostmark eru ís og vatn í jafnvægi; jafnmargar vatnssameindir breytast þá úr ís í vatn og öfugt.

Þegar salt er sett í fljótandi vatn leysist það upp í rafhlaðnar eindir sem nefnast jónir. Sé salti dreift yfir ís blandast það fljótandi vatninu sem situr alltaf utan á ísnum, en fer ekki inn í ísinn. Að sama skapi verður þá minna af vatnssameindum í vökvaham á hverri flatareiningu á yfirborði íssins en þéttleiki sameinda í ísnum breytist ekki þannig að fyrrnefnt jafnvægi raskast; færri sameindir úr vökvaham breytast í ís en jafnmargar fara hina leiðina. Ísinn og vatnið þurfa því að kólna ennþá meira til þess að jafnvægi náist og síðan fari að frjósa meira vatn en það sem þiðnar.

Venjulegt matarsalt (NaCl) getur til dæmis lækkað bræðslumarkið niður í -21 °C en þá er saltstyrkurinn orðinn svo mikill að vatnið er orðið mettað. Viðbótarsalt leysist þá ekki lengur upp heldur botnfellur. Saltvatn sem er undir frostmarki fyrir hreint vatn er kallað kuldablanda.

Til að breyta ísnum í vatn þarf varma sem ísinn tekur frá umhverfinu og því má til sanns vegar færa að það "myndast kuldi" við þetta eins og spyrjandi segir; umhverfið kólnar.

Samsvarandi skýring er á því að suðumark saltvatns er hærra en fyrir hreint vatn. Saltið gufar ekki upp með vatninu en tekur sitt pláss. Vökvinn þarf því að hitna upp fyrir venjulegt suðumark til þess að ná jafnvægi við vatnsgufuna sem er alltaf fyrir hendi við yfirborð vatnsins.

Í hefðbundinni varmafræði er beitt hugtökum eins og gufuþrýstingi (vapour pressure) til að leiða fram þær niðurstöður sem hér hefur verið lýst. Þá kemur meðal annars við sögu jafna Clapeyrons sem svo er kölluð, en hún fjallar um breytinguna á gufuþrýstingi vökva með hita. Sjá til dæmis hina sígildu bók Enrico Fermis, Thermodynamics. New York: Dover, 1956 [upphafleg útg. 1936].

Skoðið einnig skyld svör:

Svar Halldórs Svavarssonar við spurningunni Hvers vegna frýs vatn?

Svar Einars Arnar Þorvaldssonar og Þorsteins Vilhjálmssonar við spurningunni Suðumark vatns lækkar við minnkandi þrýsting, en getur ís soðið?



Mynd: HB

...