Для скорейшего таяния снега его посыпают солью, а для пониженных температур снег смешивают с солью в соотношении 2:1. Получается, что в первом случае соль вызывает нагревание, а во втором — охлаждение. В чём здесь дело?

На самом деле никакого противоречия здесь нет. Дело в том, что поваренная соль не нагревает снег, а понижает температуру его плавления (точнее, температуру замерзания образующегося солевого раствора). И в первом, и во втором случае происходит один и тот же физико-химический процесс, но используются разные его особенности.

Почему снег быстрее тает, если его посыпать солью?

Чистый лёд при нормальном атмосферном давлении плавится при температуре 0 °C. Но если добавить к нему поваренную соль (хлорид натрия, NaCl), температура замерзания образующегося раствора становится ниже нуля.

На поверхности снега и льда обычно присутствует тончайшая плёнка жидкой воды. Попадая в неё, соль растворяется, образуя рассол. При этом равновесие между льдом и жидкостью нарушается: чтобы восстановить его, часть льда должна растаять.

Например, если температура воздуха составляет −5 °C, чистый снег сохраняется, а достаточно концентрированный раствор соли в воде при такой температуре остаётся жидким. Поэтому соль способствует таянию снега даже при отрицательной температуре.

Однако важно понимать, что соль при этом не выделяет тепло и не нагревает снег. Наоборот, плавление льда требует затрат энергии. Необходимое тепло поступает из окружающего воздуха, почвы, дорожного покрытия и других источников.

Почему смесь снега и соли охлаждается?

Если смешать снег с достаточно большим количеством соли, например в массовом соотношении 2:1, начинается интенсивное образование солевого раствора.

Для плавления льда требуется значительное количество теплоты — приблизительно 334 кДж на каждый килограмм льда. Эта энергия поглощается из самой смеси и окружающей среды.

В результате смесь сильно охлаждается. Дополнительно некоторое количество тепла поглощается при растворении поваренной соли в воде, поскольку этот процесс является слабо эндотермическим.

При определённом соотношении льда, воды и хлорида натрия температура смеси может понизиться примерно до −21 °C. Это так называемая эвтектическая температура системы «вода — хлорид натрия». Ниже неё равновесный жидкий раствор обычной поваренной соли существовать уже не может.

Именно поэтому смесь снега с солью раньше использовали в качестве охлаждающей смеси, например в лабораториях и при приготовлении мороженого.

В чём же принципиальная разница?

Различие заключается не в действии соли, а в условиях проведения процесса.

Когда соль рассыпают по заснеженной дороге, её задача — понизить температуру замерзания воды, чтобы снег и лёд могли превращаться в жидкость при температуре ниже 0 °C. Тепло, необходимое для плавления, постепенно поступает из окружающей среды.

Когда же снег и соль смешивают в значительном количестве, особенно в теплоизолированной ёмкости, плавление льда происходит за счёт тепловой энергии самой смеси. Поэтому её температура быстро падает, иногда значительно ниже температуры окружающего воздуха.

Таким образом, в обоих случаях соль способствует плавлению снега, а само плавление сопровождается поглощением теплоты, то есть охлаждением.

Следовательно, ошибочно считать, что в первом случае соль нагревает снег, а во втором охлаждает. Соль в обоих случаях понижает температуру замерзания воды. Просто в первом случае нас интересует результат — превращение снега в жидкость, а во втором — сопровождающее этот процесс понижение температуры.