נוסח השאלה המלא: שמכניסים מים בבקבוק למקפיא ולאחר מכן שותים יש טעם מלוח מעט למים. מדוע הדבר קורה והאם הקרח הנמס הוא הגורם המשפיע ?

למעשה נתקלת בתופעה מעניינת מאוד בשם "דחיית תמלחות" או בלועזית "Brine rejection". בתוך מי-שתיה (או מים מינרלים לשם דיון) ישנם מינרלים רבים ובכללם גם מלח בישול. אמנם, המלח איננו בריכוזים הגבוהים של מי-ים, אך עדיין יש ממנו די והותר על מנת שתופעת דחיית התמלחות תורגש.

היכולת של מים נוזליים להמיס מינרלים גדולה לעין ערוך מהיכולת ההמסה של מים מוצקים (קרח). בתהליך דחיית התמלחות, מים, אשר עוברים ממצב נוזלי למצב מוצק מתחילים להפריש החוצה את המינרלים. ככל שתהליך ההקפאה איטי יותר, כך כמות המינרלים הנדחים תהיה גבוהה יותר. מים נוזליים שהוכנסו למקפיא, יקפאו לאט יותר ממים אשר הוקפאו באמצעות חנקן נוזלי, והראשונים יפרשו יותר מלחים מהאחרונים. זה למעשה מה שקרה עם הבקבוק המוקפא – המלח המועט שיש במים מתוקים התרכז באיזור מאוד מצומצם של פיית הבקבוק וריכוז זה כבר מורגש בבלוטות הטעם האנושיות.


דובי קוטב בקוטב הצפוני (תמונה באדיבות ויקיפדיה)

המנגנון הכימי-פיזיקלי שבו דחיית תמלחות עובד איננו ברור (או נחקר, למען האמת) דיו. מסימולציות מחשב שנעשו בנושא, מים אינם הופכים לקרח בו זמנית אלא בצורה שכבתית. בתהליך הקפיאה, שכבה אחר שכבה של אטומי מים מסתדרים בצורת קרח ובו זמנית דוחים את יוני הכלור והנתרן (המרכיבים יחדיו את מלח הבישול) אל השכבות הנוזליות הנותרות. כאשר כל השכבות הפכו לקרח, ליונים יש שני "ברירות" – יציאה החוצה מהקרח או יצירת ליבת מלח מרוכזת בתוך הקרח.

תכונה זו של המלחים איננה מוגבלת לבקבוקי שתיה בלבד ויש לה השלכות סביבתיות נרחבות. דחיית תמלחות בסקאלה אדירה מתרחשת עם המעבר מקיץ לחורף בקוטב הצפוני. הקרח החדש שנוצר, מפריש מלחים החוצה והופך את המים מסביבו להרבה יותר מלוחים. המים המלוחים, בתורם משפיעים על מגוון אספקטים סביבתיים – מצורת הזרמים בים ועד להרכב אולוסיית הפלנקטון והאורגניזמים.  

מאת: שלומי דגן
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

7 תגובות

  • סאם

    מבנה החלקיקי

    מדוע יש שכבות בכוס?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

  • נתן הסקרן

    פירגון

    אשרך צדיק

  • דותן

    שקיפות הקרח

    האם זאת הסיבה שהקרח במקפיא הוא בעל שקיפות משתנה בהתאם לעומק בו המים נמצאים?

    דבר אחר-
    רשמת: "כאשר כל השכבות הפכו לקרח, ליונים יש שני "ברירות" – יציאה החוצה מהקרח או יצירת ליבת מלח מרוכזת בתוך הקרח". האם התכוונת שהמלחים מתרכזים בשכבה החיצונית או חודרים למרכז הגוש? השימוש ב"ליבה" מבלבל.

  • שלומי דגן.

    תשובה

    1. יוני המלח מופרדים זה מזה ויצרים סביבם כעין מעטפת מים (תהליך הידרציה או מיום), וככאלה אינם משפיעים על השקיפות. שקיפות לרוב מושפעת מחלקיקים כבדים - אבק, חיידקים וכו'

    2. גם וגם. חלק מהמלח יצא החוצה וחלק יתרכז בתוך הקרח עצמו. כאמור, זוהי פונקציה של איטיות תהליך הקפיאה (איטי יותר - מרוכז יותר).
    הבה נקח דוגמא מופשטת שתסביר את העניין יותר טוב: תאר לך שיש לנו יריעת מים נוזלית דו-מימדית בגודל מטר על מטר. נניח שיש לנו ביריעה זו 100 שכבות מים רוחביות של 1 ס"מ כ"א. עשכיו נמספר את השכבות מ-1 התחתונה ועד 100 העליונה. ביריעה זו נמצאים גם מאות יונים שונים בכל אחת מהשכבות.
    עכשיו נקפיא את שכבה 25 ואת שכבה 75 ונניח 2 הנחות נוספות - היונים בשכבות הקפואות נדחים לנוזליות וכל דקה כל שכבה קפואה "מדביקה" את השכבות שלידה (אחרי דקה, גם שכבות 24 ו-26 יקפאו. דקה אחר כך, שכבות 23 ו-27 יקפאו וכך הלאה).
    עכשיו תתחיל להריץ את השעון, מה תקבל? יונים שנדחים החוצה היריעה, לאחר ששכבות 1 ו-100 קופאות. בנוסף, ישנם יונים שנכלאו באמצע היריעה הקפואה ועכשיו מהווים כעין "ליבת" מלח מרוכזת.

  • סטודנט

    יוני מלח לא יוצרים קשרי מימן

    קשרי מימן יוצרים היסודות N,O,F, ומימן כמובן.

  • שלומי דגן.