Защо захарта топи лед?

•••Modfos / iStock / GettyImages

Честа практика е да се разпространява лед по пътищата, за да се стопи зимен лед, но при липса на лед можете да използвате и захар. Всъщност можете да използвате всяко вещество, което се разтваря във вода. Захарта не би действала толкова добре, колкото солта, и има проблем с цялата тази лепкава вода, превръщаща крайпътната мръсотия в тафи. Но тъй като намалява точката на замръзване на водата, ледът ще се стопи, стига външната температура да не е твърде студена. Причината това да се случи е, че всяко разтворено във вода разтворено вещество пречи на способността на водните молекули да се слеят в твърда форма.

TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)

Захарта понижава точката на замръзване на водата, като се свързва с водните молекули и създава повече пространство между тях. Това им помага да преодолеят електростатичните сили, които ги свързват в твърда структура. Същото важи и за всяко вещество, което се разтваря във вода.

•••Снимка от Джонатан Пърси на Unsplash

Когато водата е в твърдо състояние на лед, молекулите се свързват помежду си в кристална структура, от която никоя от тях няма енергия да избяга. С повишаването на температурата молекулите получават вибрационна енергия и свобода на движение. В критична точка те могат да се освободят от електростатичните сили, които ги свързват в кристална структура и да се движат по-свободно в течно състояние. Знаете добре тази критична точка, тъй като е точката на топене при 32 градуса по Фаренхайт (0 градуса по Целзий).

Когато водата е в течно състояние и вие намалите температурата, молекулите губят енергия и в крайна сметка се слеят в кристална структура. При тази критична температура, точката на замръзване, молекулите нямат достатъчно енергия, за да излязат от електростатичните връзки те се упражняват един върху друг, така че те се установяват в "спящо" състояние като група котки, сгушени заедно, за да избягат от зимата хлад. Отново това е, че електростатичните сили на привличане, които те упражняват един върху друг, причиняват това.

•••Wavebreakmedia Ltd / Wavebreak Media / Getty Images

Всяко разтворено вещество, което ще се разтвори във вода, понижава точката на замръзване по доста проста причина. Когато дадено вещество се разтвори, водните молекули го заобикалят и се свързват с него електростатично. Разтвореното вещество осигурява пространство между водните молекули и намалява привличането, което те упражняват една върху друга. В резултат на това те се нуждаят от по-малко енергия, за да запазят свободата си на движение и ще останат в течно състояние при по-ниски температури.

Това се случва независимо дали разтворените частици са отделни йони, като натриевите и хлоридните йони в солта, или големи, сложни молекули като захароза (трапезна захар), която има химичната формула С₁₂З.₂₂О₁₁. С 45 атома на молекула захарта не разделя водните молекули толкова ефективно, колкото по-малките, по-силно заредени йони, поради което захарта не понижава точката на топене толкова ефективно, колкото солта. Друга свързана причина е, че ефектът върху точката на замръзване зависи от обема на разтвореното вещество. Тъй като молекулите на захарта са много по-големи от солните йони, по-малко от тях ще се поберат в дадено количество вода.

•••Влад Турченко / iStock / Гети изображения

Малко неточно е да се каже, че захарта топи лед. Това, което всъщност се случва, е, че намалява точката на замръзване, така че водата може да остане в течно състояние при по-студена температура. Това прави, като осигурява пространство между водните молекули и намалява тяхното привличане една към друга. Ако хвърлите захар върху лед при 30 градуса по Фаренхайт (-1,1 градуса по Целзий), ледът ще се стопи, но ако температурата падне по-ниско, водата в крайна сметка ще замръзне. Новата точка на замръзване е по-ниска от тази на чистата вода, но по-висока, отколкото би била, ако хвърлите сол върху леда.