افزایش نقطه جوش آب: چرا با افزودن نمک، آب دیرتر میجوشد؟
نقطه جوش چیست و چطور اندازهگیری میشود؟
نقطه جوش دمایی است که در آن فشار بخار مایع با فشار هوای اطراف آن برابر میشود و حبابهای بخار درون مایع تشکیل شده و به سطح میآیند. برای آب خالص در سطح دریا (فشار 1 atm)، این دما دقیقاً 100 °C است. اما این عدد ثابت نیست و به عوامل مختلفی مانند نوع ماده، فشار هوا و ناخالصیهای موجود در آن بستگی دارد.
| نام مایع | نقطه جوش (درجه سانتیگراد) | توضیح |
|---|---|---|
| آب خالص | 100.0 | معیار استاندارد در سطح دریا |
| آب نمک (غلظت معمولی) | حدود 100.5 - 101 | افزایش جزئی به خاطر وجود نمک |
| الکل | 78.4 | نقطه جوش پایینتر از آب |
نمک چگونه نقطه جوش آب را بالا میبرد؟ (خواص کولیگاتیو)
وقتی نمک خوراکی ($NaCl$) را در آب میریزیم، به ذرات ریزتری به نام یونهای سدیم ($Na^+$) و کلرید ($Cl^-$) تجزیه میشود. این ذرات حلشده میان مولکولهای آب قرار میگیرند و با آنها پیوندهای ضعیفی برقرار میکنند. برای تبخیر آب و تبدیل آن به بخار، باید این پیوندها شکسته شوند. وجود ذرات نمک، فرار مولکولهای آب از سطح مایع را سختتر میکند.
به زبان ساده: نمک مانند یک مانع عمل میکند. مولکولهای آب برای ترک مایع و تبدیل شدن به بخار، باید انرژی بیشتری صرف کنند تا از سد این ذرات نمک عبور کنند. بنابراین به دمای بیشتری نیاز است تا فشار بخار آب نمک به فشار هوا برسد و جوشیدن آغاز شود. این اثر، یکی از نمونههای خواص کولیگاتیو است. خواص کولیگاتیو، خواصی هستند که به تعداد ذرات حلشده در یک حلال بستگی دارند، نه به جنس خود ذرات.
آزمایشهای ساده و مشاهدات روزمره
شما میتوانید این پدیده را به راحتی در خانه آزمایش کنید. به دو قابلمه همشکل، مقدار مساوی آب بریزید. در یکی از آنها سه قاشق غذاخوری نمک حل کنید. هر دو قابلمه را روی شعلههای یکسان گاز قرار دهید و با یک دماسنج آشپزی (ترجیحاً دیجیتال) دما را اندازهگیری کنید. خواهید دید که آب نمک چند درجه دیرتر به دمای 100 °C میرسد و جوشیدن آن کمی طول میکشد.
مثال عینی دیگر: در شهرهای مرتفع مانند تهران (که فشار هوا کمتر از سطح دریاست)، آب خالص در دمای پایینتری میجوشد (مثلاً 95 °C). در چنین مناطقی، افزودن نمک برای پخت غذاهایی مانند برنج یا حبوبات که نیاز به دمای جوش بالا دارند، میتواند مفید باشد تا دمای جوش آب به حدود 100 °C نزدیکتر شود و پخت بهتر انجام گیرد.
کاربردهای عملی افزایش نقطه جوش با نمک
این پدیده تنها یک نکته علمی نیست، بلکه در زندگی روزمره و صنعت کاربردهای فراوانی دارد:
- پخت و پز: افزودن نمک به آب ماکارونی، سیبزمینی یا تخم مرغ نه تنها برای طعم، بلکه برای پخت یکنواخت در دمای کمی بالاتر مفید است. البته این افزایش دما بسیار اندک است و دلیل اصلی افزودن نمک، طعمدار کردن غذاست.
- ضد یخ ماشین: مایع ضد یخ رادیاتور ماشین، از آب و موادی مانند $C_2H_6O_2$ (اتیلنگلیکول) ساخته شده است. این ماده نقطه جوش آب را بالا میبرد (و نقطه انجماد آن را پایین میآورد) و از جوش آوردن موتور در دمای بالا جلوگیری میکند.
- تولید نمک: در کارخانههای تولید نمک از آب دریا، با تبخیر آب در حوضچههای بزرگ، نمک به دست میآید. وجود نمک زیاد در این آبها، نقطه جوش را تغییر میدهد که در طراحی این فرآیند صنعتی مورد توجه قرار میگیرد.
پرسشهای متداول و تصورات نادرست
پاسخ: خیر، این افزایش بسیار ناچیز است. برای آب یک قابلمه معمولی (~2 لیتر) و نمک متداول (~10 گرم)، افزایش نقطه جوش کمتر از 0.1 °C است. بنابراین دلیل اصلی احساس «دیر جوش آمدن» معمولاً این است که نمک را وقتی آب تقریباً داغ است میریزیم و این کار به طور موقت جوشیدن را متوقف میکند تا انرژی حرارتی جدید جذب شود.
پاسخ: بله، هر ماده غیرفراری که در آب حل شود، نقطه جوش را بالا میبرد. اثر شکر یا جوش شیرین نیز مشابه نمک است و به تعداد ذرات حلشده بستگی دارد. مثلاً حل کردن مقدار زیادی شکر در آب برای درست کردن شربت، نقطه جوش مخلوط را به طور محسوسی افزایش میدهد.
پاسخ: بله، دقیقاً! این هم یک خاصیت کولیگاتیو دیگر است. ذرات نمک مانع از نظم گرفتن مولکولهای آب برای تشکیل یخ میشوند. به همین دلیل است که در زمستان روی جادهها نمک میپاشند تا یخ زدگی اتفاق نیفتد یا دیرتر اتفاق بیفتد.
پاورقی
1نمک (Salt): معمولاً منظور کلرید سدیم ($NaCl$) است که در آب به یونهای سدیم و کلرید تفکیک میشود.
2نقطه جوش (Boiling Point): دمایی که در آن فشار بخار مایع با فشار محیط برابر شده و جوشیدن آغاز میشود.
3ذرات حلشونده (Solute Particles): مادهای که در یک حلال (مانند آب) حل میشود و محلول را تشکیل میدهد.
4خواص کولیگاتیو (Colligative Properties): ویژگیهای فیزیکی محلولها که به تعداد ذرات حلشونده بستگی دارد، نه به ماهیت شیمیایی آن ذرات. مانند افزایش نقطه جوش و کاهش نقطه انجماد.
