Hvordan påvirker salt temperaturen? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Hvordan påvirker salt ...

22. april 2012

Hvordan påvirker salt temperaturen?

Hej Spørg om Fysik
Når jeg laver en kuldeblanding med fint salt sne udefra, hvor temperaturen er bare et par graders frost, kan temperaturen komme ned på ca -20 grader. Jeg har overbevist mig selv om, at det er fordi saltet bruger energi, når det bliver opløst i vand, og derfor falder temperaturen.

Hvis jeg koger vand til pasta, og kommer salt i når vandet koger, bobler vandet markant kraftigere indtil saltet er opløst. Jeg har overbevist mig selv om, at det er fordi saltet frigiver energi, når det bliver opløst i vand, og derfor stiger temperaturen.

Men det kan jo ikke være rigtigt begge dele.

I samme kategori ser jeg, at hvis jeg kommer saltet i vandet inden det når kogepunktet, men er tæt på, dannes der er en hvid tågesky i vandet, som ligner bittesmå bobler, der stiger til overfladen.

Kan jeg få en forklaring?

Mange hilsner
J M

En kuldeblanding er sne, vand eller is blandet med f.eks. et uorganisk salt. Den temperatur blandingen falder til afhænger af blandingsforholdet og i praksis også af, hvor finkornet isen eller sneen er og saltets kornstørrelse.

Sluttemperaturen afhænger naturligvis også af varmeisolationen. Historisk er sådanne blandinger anvendt til at fremstille bl.a. flødeis.

Fryseblanding

Når man blander 0 ˚C is og lidt vand med køkkensalt i vægtforholdet 23 % falder temperaturen til -20,7 ˚C. Vand med salt i det blandingsforhold under omrøring (for at undgå at få ferskvandsis lokalt) vil fryse ved den temperatur, der er altså sket en sænkning af frysepunktet for vandet ved iblandingen af salt. Forøges saltmængden kommer temperaturen ikke lavere. Sænkningen er noget mere end proportional med saltmængden op til de 23 % (10 % - 6,5 ˚C, 15 % - 10,9 ˚C, 20 % - 16,5 ˚C). Når saltet blandes med vand, sker der ikke en tilsvarende stor temperatursænkning, dog 100 g vand ved 15 ˚C hvori man kommer 36 g kogsalt (altså mere end ved kuldeblandingen) vil få en temperatur der er ca. 5 ˚C. Opløser man 10 g kaliumnitrat og 139 g kaliumrhodanid i 100 g vand ved 15 ˚C, kan man nå en temperatur på -22,5 ˚C  Isen smelter og temperaturen sænkes, fordi blandingen is og salt søger at komme ned på det frysepunkt, der svarer til blandingsforholdet. Når man ved f.eks. -5 ˚C spreder salt på gaden, sker det samme, isen eller sneen smelter i forsøg på at opnå smeltepunkts-temperaturen, men gade og luft kan ikke køles ned, så der sker bare en smeltning af isen (hvis der er salt nok). På den anden side er gadetemperaturen f.eks. – 23 ˚C er salt formålsløst.

Der er jo mange andre salte.  Kommer man 40 g ammoniumrhodanid og 54,5 g natriumnitrat i 100 g sne eller fin is nås en temperatur på -37,5 ˚C, med kalciumklorid (6 krystalvand) og is i en 34 % opløsning kan man nå lavere end – 40 ˚C.

Tøsalt, gerne i rette mængde

Umiddelbart vil jeg mene, at det man ser i det kogende vand er en anden effekt, her er jo tale om ret små saltmængder i forhold til ovenfor(antager jeg). Godt nok kan større mængder af salt i vand hæve kogepunktet noget (3-4 gange mindre end den tilsvarende frysepunktssænkningen), men det ville jo bevirke at væsken går af kog, hvilket er det modsatte af det observerede. Jeg vil tro, at den effekt der ses, er at der kommer krystaller ned i vandet. Hvis man koger lidt på rent vand begynder det at stødkoge. Det er fordi, det er svært for en boble at dannes. I små bobler kan man vise, at trykket er større end i store, det er altså vært at få dannet små bobler (trykket fra overfladespændingen er omvendt proportionalt med boblens radius, der skal altså i princippet næsten uendeligt store tryk til at danne den første meget lille boble), men meget lettere at gøre den større. I starten når man koger vand startes boblerne på små luftbobler fra luft i vandet (og urenheder), men efterhånden forsvinder disse luftbobler, de bliver kogt ud. Så sker der det, at vandet får en temperatur noget over 100 ˚C før der dannes en boble, som kan fordampe vandet, og når det så lykkes at få dannet en boble ved det højere damp tryk fra den forøgede temperatur, skal al den ekstra energi, der er i det mere end 100 ˚C varme vand fjernes ved kogning, så temperaturen igen når 100 grader, og det bevirker en voldsom kogning, som man kalder stødkogning. I laboratoriet forhindres det ved at komme lidt pimpsten i vandet, de skarpe kanter på pimpstenen hjælper med bobledannelsen, så der ikke opstår stødkogning. Jeg mener, at saltets virkning må være den effekt, med krystallernes skarpe kanter + lidt urenheder. Det passer også sammen med din sidste observation, at der lettere dannes bobler, når der kommes salt i lige før kogning, og der udløses så mange bobler mindre voldsomme bobler, idet vandet jo ikke koger endnu

Med venlig hilsen
Malte Olsen