O sal reduz a temperatura de congelamento porque, ao se dissolver na água da superfície do gelo, forma uma solução que não congela na mesma temperatura que a água pura. Por isso, uma fina camada de gelo pode derreter mesmo quando o ambiente está abaixo de 0 °C.
O processo não significa que o sal produza frio. Para derreter, o gelo absorve energia do próprio sistema ao redor, e a mistura de água com sal passa a ter um novo equilíbrio de congelamento.
É essa queda do ponto de congelamento que permite usar sal para formar salmoura e dificultar que água volte a virar gelo. A quantidade de sal, a temperatura externa e o contato entre os cristais e o gelo definem quanto o efeito aparece.
Primeiro aparece uma película de água
Mesmo um cubo de gelo muito frio pode ter uma camada muito fina de água em sua superfície. Quando o sal entra em contato com essa umidade, seus íons se dispersam nela e criam uma solução salina.
Uma solução não tem as mesmas propriedades do solvente puro. No caso da água, a presença de partículas dissolvidas altera as condições em que moléculas conseguem se organizar na estrutura cristalina do gelo.
A explicação de propriedades coligativas da OpenStax descreve que soluções congelam em temperaturas mais baixas do que líquidos puros. Nesse grupo de efeitos, importa principalmente a quantidade de partículas dispersas, não uma suposta capacidade especial do sal de aquecer ou esfriar a água.
O equilíbrio entre gelo e água muda
Em água pura, perto de 0 °C e à pressão atmosférica, as fases líquida e sólida podem coexistir. Ao dissolver cloreto de sódio, a água líquida passa a conter íons de sódio e cloreto, enquanto o gelo que se forma continua sendo, em grande parte, água organizada em cristais.
Essa diferença torna menos favorável transformar a solução inteira em gelo na mesma temperatura. Para atingir um novo equilíbrio, parte do gelo pode derreter e a solução restante fica mais concentrada.
O derretimento consome energia, então a mistura de gelo, água e sal pode ficar mais fria do que o gelo sozinho. É por isso que a combinação aparece em demonstrações de química e em preparos que precisam de um banho muito frio, sem que isso prove que qualquer proporção de sal produz o mesmo resultado.
O efeito está ligado ao número de partículas no líquido. O cloreto de sódio se separa em íons quando dissolve, mas misturas reais não obedecem perfeitamente às contas mais simples, sobretudo em concentrações altas.
Há limite para o que o sal consegue fazer
Sal espalhado sobre uma superfície congelada precisa de alguma água para começar a dissolver. Se estiver muito frio, houver pouco contato ou o sal ficar em grãos isolados, a formação da salmoura é lenta ou insuficiente.
Além disso, cada mistura tem um limite de concentração e de temperatura. A Science Learning Hub, da Universidade de Waikato, apresenta o fenômeno como uma depressão do ponto de congelamento e ressalta que a dissolução e o resfriamento caminham juntos no sistema de gelo e sal.
Em temperaturas muito baixas, o sal de cozinha deixa de ser uma solução eficiente para derreter gelo. Por isso, operações em vias usam substâncias e quantidades escolhidas para condições específicas, algo diferente de jogar sal doméstico em qualquer superfície.
Derreter não é apenas desaparecer
Quando o gelo fica molhado depois de receber sal, ele não desapareceu magicamente: parte dele virou água líquida e se misturou aos íons dissolvidos. Se a temperatura cair o bastante para aquela concentração, a mistura pode congelar de novo.
O mesmo raciocínio ajuda a entender por que água do mar não se comporta exatamente como água doce e por que uma solução precisa ser descrita pela sua concentração. Mais sal não é automaticamente melhor, porque há limites físicos, custos e efeitos sobre materiais e ambiente.
Para um cubo num copo, o resultado visível é uma poça de salmoura entre os cristais. É nela, e não no sal seco sozinho, que a temperatura de congelamento deixa de ser a da água pura.
O experimento visual também tem uma condição importante: a água que se forma não é mais água pura, porque contém sal dissolvido. Ao evaporar ou se diluir, essa salmoura pode mudar novamente de comportamento; por isso, observar uma poça entre cubos não permite concluir que todo gelo derreterá indefinidamente.
Na prática, o efeito só continua enquanto houver gelo, água e sal em contato. A composição da mistura define a próxima mudança, não a aparência isolada dos cristais.
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