Warum schmilzt Zucker Eis?

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Es ist üblich, Eis auf Straßen zu verteilen, um Wintereis zu schmelzen, aber wenn kein Eis vorhanden ist, können Sie auch Zucker verwenden. Tatsächlich können Sie jede Substanz verwenden, die sich in Wasser auflöst. Zucker würde nicht so gut funktionieren wie Salz, und es gibt das Problem, dass all das klebrige Wasser den Dreck am Straßenrand in Toffee verwandelt. Da es aber den Gefrierpunkt von Wasser senkt, würde Eis schmelzen, solange die Außentemperatur nicht zu kalt ist. Der Grund dafür ist, dass in Wasser gelöste gelöste Stoffe die Fähigkeit der Wassermoleküle beeinträchtigen, sich zu einer festen Form zu verbinden.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Zucker senkt den Gefrierpunkt von Wasser, indem er sich mit den Wassermolekülen verbindet und mehr Raum zwischen ihnen schafft. Dies hilft ihnen, die elektrostatischen Kräfte zu überwinden, die sie zu einer festen Struktur binden. Das gleiche gilt für alle Stoffe, die sich in Wasser lösen.

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Wenn sich Wasser im festen Zustand von Eis befindet, verbinden sich die Moleküle miteinander zu einer Kristallstruktur, aus der keines von ihnen die Energie hat, zu entkommen. Mit steigender Temperatur gewinnen die Moleküle an Schwingungsenergie und Bewegungsfreiheit. An einer kritischen Stelle können sie sich von den elektrostatischen Kräften befreien, die sie zu einer kristallinen Struktur binden und sich im flüssigen Zustand freier bewegen. Sie kennen diesen kritischen Punkt gut, da es der Schmelzpunkt bei 32 Grad Fahrenheit (0 Grad Celsius) ist.

Wenn Wasser im flüssigen Zustand ist und Sie die Temperatur senken, verlieren die Moleküle Energie und verschmelzen schließlich zu einer Kristallstruktur. Bei dieser kritischen Temperatur, dem Gefrierpunkt, haben die Moleküle nicht genug Energie, um den elektrostatischen Bindungen zu entkommen Sie üben sich gegenseitig aus, sodass sie sich in einen "schlafenden" Zustand versetzen, wie eine Gruppe von Katzen, die sich zusammendrängen, um dem Winter zu entkommen Ausruhen. Auch hier sind es die elektrostatischen Anziehungskräfte, die sie aufeinander ausüben, die dies bewirken.

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Jeder gelöste Stoff, der sich in Wasser auflöst, senkt den Gefrierpunkt aus einem ziemlich einfachen Grund. Wenn sich ein Stoff auflöst, umgeben ihn Wassermoleküle und binden ihn elektrostatisch. Der gelöste Stoff schafft Raum zwischen den Wassermolekülen und verringert die Anziehung, die sie aufeinander ausüben. Dadurch benötigen sie weniger Energie, um ihre Bewegungsfreiheit zu erhalten und bleiben bei niedrigeren Temperaturen im flüssigen Zustand.

Dies geschieht unabhängig davon, ob es sich bei den gelösten Partikeln um einzelne Ionen wie Natrium- und Chloridionen im Salz oder um große, komplexe Moleküle wie Saccharose (Haushaltszucker) mit der chemischen Formel C. handelt₁₂H₂₂Ö₁₁. Mit 45 Atomen pro Molekül trennt Zucker die Wassermoleküle nicht so effektiv wie kleinere, stärker geladene Ionen, weshalb Zucker den Schmelzpunkt nicht so effektiv senkt wie Salz. Ein weiterer damit zusammenhängender Grund ist, dass die Wirkung auf den Gefrierpunkt vom Volumen des gelösten Stoffes abhängt. Da Zuckermoleküle so viel größer sind als Salzionen, passen weniger von ihnen in eine bestimmte Wassermenge.

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Es ist ein wenig ungenau zu sagen, dass Zucker Eis schmilzt. Was tatsächlich passiert, ist, dass es den Gefrierpunkt senkt, sodass Wasser bei einer kälteren Temperatur im flüssigen Zustand bleiben kann. Es tut dies, indem es Raum zwischen den Wassermolekülen bereitstellt und ihre gegenseitige Anziehung verringert. Wenn Sie Zucker bei -1,1 Grad Celsius auf Eis werfen, schmilzt das Eis, aber wenn die Temperatur niedriger wird, gefriert das Wasser schließlich. Der neue Gefrierpunkt ist niedriger als der von reinem Wasser, aber höher, als wenn man Salz auf das Eis streuen würde.