Proč cukr taví led?

•••Modfos / iStock / GettyImages

Je běžnou praxí rozprostřít led na vozovce, aby se roztavil zimní led, ale při nedostatku ledu můžete použít i cukr. Ve skutečnosti můžete použít jakoukoli látku, která se rozpouští ve vodě. Cukr by nefungoval stejně dobře jako sůl a je tu problém, že veškerá lepkavá voda proměňuje bahno na silnici na taffy. Ale protože snižuje bod mrazu vody, led by se roztál, pokud by venkovní teplota nebyla příliš nízká. Důvodem je to, že jakákoli rozpuštěná látka rozpuštěná ve vodě narušuje schopnost molekul vody splynout do pevné formy.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Cukr snižuje bod tuhnutí vody tím, že se váže s molekulami vody a vytváří mezi nimi více prostoru. To jim pomáhá překonat elektrostatické síly, které je váží do pevné struktury. Totéž platí pro každou látku, která se rozpouští ve vodě.

•••Foto Jonathan Percy na Unsplash

Když je voda v pevném stavu ledu, molekuly se navzájem váží do krystalové struktury, ze které žádný z nich nemá energii k úniku. Jak teplota stoupá, molekuly získávají vibrační energii a volnost pohybu. V kritickém bodě se mohou uvolnit z elektrostatických sil, které je váží do krystalické struktury, a pohybovat se volněji v kapalném stavu. Tento kritický bod dobře znáte, protože jde o bod tání při teplotě 32 stupňů Fahrenheita (0 stupňů Celsia).

Když je voda v kapalném stavu a snížíte teplotu, molekuly ztratí energii a nakonec se spojí do krystalové struktury. Při této kritické teplotě, bodu mrazu, molekuly nemají dostatek energie na to, aby unikly elektrostatickým vazbám namáhají se jeden na druhého, a tak se usazují v „nečinném“ stavu jako skupina koček schoulených k útěku ze zimy chlad. To opět způsobují elektrostatické přitažlivé síly, které na sebe vyvíjejí.

•••Wavebreakmedia Ltd / Wavebreak Media / Getty Images

Jakákoli rozpuštěná látka, která se rozpustí ve vodě, snižuje bod tuhnutí z poměrně jednoduchého důvodu. Když se látka rozpustí, obklopí ji molekuly vody a elektrostaticky se na ni váží. Rozpuštěná látka poskytuje prostor mezi molekulami vody a snižuje přitažlivost, kterou na sebe vyvíjejí. Ve výsledku potřebují méně energie, aby si udrželi svobodu pohybu, a zůstanou v kapalném stavu při nižších teplotách.

K tomu dochází, ať už jsou částice rozpuštěné látky jednotlivé ionty, jako jsou sodné a chloridové ionty v soli, nebo velké, složité molekuly, jako je sacharóza (stolní cukr), která má chemický vzorec C₁₂H₂₂Ó₁₁. S 45 atomy na molekulu neodděluje cukr molekuly vody tak účinně jako menší, silněji nabité ionty, a proto cukr nesnižuje teplotu tání tak účinně jako sůl. Dalším souvisejícím důvodem je, že účinek na bod mrazu závisí na objemu rozpuštěné látky. Protože molekuly cukru jsou mnohem větší než ionty solí, méně z nich se vejde do daného množství vody.

•••Vlad Turchenko / iStock / Getty Images

Je trochu nepřesné tvrdit, že cukr roztaví led. Ve skutečnosti se stane, že sníží bod tuhnutí, takže voda může zůstat v kapalném stavu při nižší teplotě. Dělá to tak, že poskytuje prostor mezi molekulami vody a snižuje jejich přitažlivost na sobě navzájem. Pokud hodíte cukr na led při teplotě 30 stupňů Fahrenheita (-1,1 stupně Celsia), led se roztaje, ale pokud teplota klesne níže, voda nakonec zamrzne. Nový bod mrazu je nižší než bod čisté vody, ale vyšší, než by byl, kdybyste na led hodili sůl.