למה שקית של קרח ומלח יכולה להפוך חלב לגלידה

הנה ניסוי מטבח אהוב. שפכו מעט חלב, סוכר וטיפה של וניל לשקית קטנה עם סגירה. הכניסו את השקית הזאת לשקית גדולה יותר מלאה בקוביות קרח ובכמה כפות נדיבות של מלח. סגרו, עטפו במגבת מטבח כי זה עומד להיעשות קר מאוד, ונערו כחמש דקות. כשתפתחו את השקית הקטנה, תמצאו בפנים גלידה רכה.

הדבר המוזר הוא שבלי המלח זה לא היה עובד. קרח לבדו נשאר בסביבות 0 מעלות צלזיוס, הטמפרטורה שבה מים קופאים וקרח נמס. גלידה צריכה להיות קרה מזה כדי להתייצב, כי הסוכר שבה מוריד את הטמפרטורה שבה היא קופאת. קרח רגיל, לא משנה כמה ממנו תשימו, פשוט לא מספיק קר.

המלח משנה את זה. כשמלח מתמוסס במים, הוא מוריד את הטמפרטורה שבה המים יקפאו. זה נקרא הורדת נקודת הקיפאון. מים טהורים קופאים ב־0 מעלות; מים מלוחים צריכים להתקרר יותר לפני שיהפכו לקרח, וככל שיש יותר מלח, כך הם צריכים להיות קרים יותר.

עכשיו חשבו מה קורה בתוך השקית. פני השטח של כל קוביית קרח תמיד רטובים מעט, ובפני השטח האלה מולקולות מים עוזבות כל הזמן את הקרח ואחרות מצטרפות אליו. ב־0 מעלות שני הכיוונים מתאזנים. המלח מתמוסס בשכבה הרטובה הדקה הזאת, והמלח המומס מפריע למולקולות המים שמנסות להשתלב בחזרה בתבנית המסודרת של הקרח. מולקולות ממשיכות לעזוב, פחות מצליחות לחזור, והקרח נמס, אף על פי שהוא כבר קר מאוד.

המסה דורשת אנרגיה. כדי לעבור ממוצק לנוזל, הקרח צריך לספוג חום, והוא לוקח אותו ממה שהכי קרוב אליו: המים המלוחים סביבו, השקית ותערובת הגלידה שבאמצע. כך הטמפרטורה ממשיכה לרדת, הרבה מתחת לאפס. תערובת של קרח ומלח יכולה להיות קרה בהרבה מעלות מקרח לבדו. בגרסה כיתתית אחת של הניסוי, שפורסמה ב־Journal of Chemical Education, תמיסת מלח קפואה הגיעה לכמינוס 21 מעלות, קר יותר ממקפיא ביתי רגיל.

המלח אף פעם לא נוגע בגלידה; הוא נשאר בשקית החיצונית ועושה את העבודה שלו דרך הפלסטיק. הניעור מזיז את התערובת שקופאת אל מול הקור, כך שהיא מתקררת באופן אחיד במקום להפוך לגוש קשה אחד צמוד לדופן. וזה גם לא חייב להיות מלח שולחן. מה שחשוב הוא כמה חלקיקים מומסים מפריעים למים, לא איזה, ולכן כימאים קוראים להורדת נקודת הקיפאון תכונה קוליגטיבית.

אותו רעיון פועל כשמפזרים מלח על שביל קפוא בחורף, ובמכונות הגלידה הישנות עם ידית סיבוב ודלי של קרח מומלח. מלח לא מחמם שום דבר. הוא עוזר לקרח להימס, והמסה, כפי שהגלידה מוכיחה, היא דרך מצוינת לקרר דברים.