Hvorfor smelter sukker is?

•••Modfos / iStock / GettyImages

Det er almindelig praksis at sprede is på veje for at smelte vinteris, men i fravær af is kan du også bruge sukker. Faktisk kan du bruge ethvert stof, der opløses i vand. Sukker ville ikke fungere så godt som salt, og der er spørgsmålet om alt det klæbrige vand, der forvandler vejkanten til taffy. Men da det sænker frysepunktet for vand, ville is smelte, så længe udetemperaturen ikke er for kold. Årsagen til dette sker er, at ethvert opløst stof, der er opløst i vand, forstyrrer vandmolekylernes evne til at smelte sammen til en fast form.

TL; DR (for lang; Læste ikke)

Sukker sænker frysepunktet for vand ved at binde sig til vandmolekylerne og skabe mere plads imellem dem. Dette hjælper dem med at overvinde de elektrostatiske kræfter, der binder dem til en solid struktur. Det samme gælder for ethvert stof, der opløses i vand.

•••Foto af Jonathan Percy på Unsplash

Når vand er i fast tilstand af is, binder molekylerne sig ind i en krystalstruktur, hvorfra ingen af ​​dem har energi til at flygte. Når temperaturen stiger, får molekylerne vibrationsenergi og bevægelsesfrihed. På et kritisk punkt kan de bryde fri for de elektrostatiske kræfter, der binder dem til en krystallinsk struktur og bevæge sig mere frit i flydende tilstand. Du kender dette kritiske punkt godt, da det er smeltepunktet ved 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius).

Når vand er i flydende tilstand, og du sænker temperaturen, mister molekylerne energi og falder til sidst sammen i en krystalstruktur. Ved denne kritiske temperatur, frysepunktet, har molekylerne ikke nok energi til at undslippe de elektrostatiske bindinger de udøver hinanden, så de bosætter sig i en "sovende" tilstand som en gruppe katte, der krammer sig sammen for at undslippe vinteren chill. Igen er det de elektrostatiske tiltrækningskræfter, de udøver på hinanden, der får dette til at ske.

•••Wavebreakmedia Ltd / Wavebreak Media / Getty Images

Ethvert opløst stof, der opløses i vand, sænker frysepunktet af en ret simpel grund. Når et stof opløses, omslutter vandmolekyler det og binder det elektrostatisk. Det opløste stof giver plads mellem vandmolekylerne og mindsker den tiltrækning, de udøver mod hinanden. Som et resultat har de brug for mindre energi for at opretholde deres bevægelsesfrihed og vil forblive i flydende tilstand ved lavere temperaturer.

Dette sker, uanset om de opløste partikler er individuelle ioner, såsom natrium- og chloridionerne i salt, eller store, komplekse molekyler såsom saccharose (bordsukker), som har den kemiske formel C₁₂H₂₂O₁₁. Med 45 atomer pr. Molekyle adskiller sukker ikke vandmolekylerne så effektivt som mindre, stærkere ladede ioner, hvorfor sukker ikke sænker smeltepunktet så effektivt som salt. En anden relateret årsag er, at virkningen på frysepunktet afhænger af opløst stof. Fordi sukkermolekyler er så meget større end saltioner, vil færre af dem passe ind i en given mængde vand.

•••Vlad Turchenko / iStock / Getty Images

Det er lidt unøjagtigt at sige, at sukker smelter is. Hvad der faktisk sker, er at det sænker frysepunktet, så vand kan forblive i flydende tilstand ved en koldere temperatur. Det gør det ved at give plads mellem vandmolekylerne og reducere deres tiltrækningskraft på hinanden. Hvis du smider sukker på is ved 30 grader Fahrenheit (-1,1 grader Celsius), smelter isen, men hvis temperaturen falder lavere, fryser vandet til sidst. Det nye frysepunkt er lavere end rent vand, men højere end det ville være, hvis du kastede salt på isen.