Fyzmatik | Tání ledu ve slané a ve sladké vodě

Led je pevné skupenství vody. Voda se mění na led teplotě tuhnutí  0 °C, přitom odevzdává skupenské teplo tání.  Tento jev můžeme pozorovat v zimě, kdy zamrzají kaluže, rybníky či dokonce voda v řekách. Led také můžeme vyrobit v mrazničce a vyzkoušet pokus, při kterém posoudíme, zda taje rychleji ve slané nebo ve "sladké" vodě. Rozmrzne led za stejných vnějších podmínek rychleji v moři nebo na jezeře?  

Na experiment si připravte kostky barevného ledu, který vznikne zmrznutím vody se smíchaným potravinářským barvivem v plastovém tvořítku v mrazničce. Do dvou skleniček si napusťte stejná množství vody (asi 2 dcl) stejné teploty. Do jedné ze sklenic s vodou nasypte asi 3 lžíce kuchyňské soli, kterou rozmíchejte tak, aby se v ní všechna rozpustila.

Při vložení ledu do vody o vyšší teplotě než je jeho teplota tání, začne led měnit své skupenství na kapalné – taje na vodu. Probíhá tepelná výměna mezi vodou a do ní vloženým ledem. Molekuly vody narážejí na povrch ledu a předávají mu část své vnitřní energie – z ledu se začíná do okolní vody uvolňovat barvivo.

Pod kostkou ledu, která je ve slané vodě, se barvivo ze slaného ledu drží u hladiny vody ve sklenici. Obarvená voda vzniklá z ledu má teplotu stejnou jako je teplota tání ledu - 0°C, ale protože má menší hustotu než okolní slaná voda, tak zůstává u hladiny vody ve sklenici. Led tak obklopuje voda s nižší teplotou (0°C) než je teplota vody napuštěné do sklenice (z vodovodu to bývá kolem 20°C) – to zamezí dalšímu rychlejšímu odtávání barevného ledu.

Ve vodě bez soli, se však barevná voda, vzniklá z roztátého ledu, díky své podobné hustotě, jakou má okolní voda, nezdržuje v přímém okolí ledové kostky. Barvivo znázorňuje, jak se voda ve sklenici, například díky difúzi, promíchává. Do blízkosti ledové kostky se tak dostává voda o vyšší teplotě než v případě slaného roztoku. To způsobuje také rychlejší tepelnou výměnu a tím pádem rychlejší odtávání ledu ve sklenici s neosolenou vodou než ledu ve slaném roztoku.

To také znamená, že led taje ve slané vodě pomaleji než ve sladké, protože podle Archimédova zákona plove na hladině obklopený chladnější vodou. Ledové kry tak tají v mořském oceánu pomaleji než na sladkovodních jezerech. Existují nápady, jak ledovou kru přepravit tažením za lodí z Arktidy až k břehům Afriky a tam ji použít jako zdroj pitné vody v místech s nedostatkem vody.