¿Por qué el azúcar derrite el hielo?

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Es una práctica común esparcir hielo en las carreteras para derretir el hielo de invierno, pero en ausencia de hielo, también puede usar azúcar. De hecho, podría utilizar cualquier sustancia que se disuelva en agua. El azúcar no funcionaría tan bien como la sal, y existe el problema de que toda esa agua pegajosa convierte la suciedad de la carretera en caramelo. Pero dado que reduce el punto de congelación del agua, el hielo se derretiría, siempre que la temperatura exterior no sea demasiado fría. La razón por la que esto sucede es que cualquier soluto disuelto en agua interfiere con la capacidad de las moléculas de agua para fusionarse en una forma sólida.

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El azúcar reduce el punto de congelación del agua al unirse con las moléculas de agua y crear más espacio entre ellas. Esto les ayuda a superar las fuerzas electrostáticas que los unen a una estructura sólida. Lo mismo ocurre con cualquier sustancia que se disuelva en agua.

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Cuando el agua está en estado sólido de hielo, las moléculas se unen entre sí en una estructura cristalina de la que ninguna de ellas tiene la energía para escapar. A medida que aumenta la temperatura, las moléculas ganan energía vibratoria y libertad de movimiento. En un punto crítico, pueden liberarse de las fuerzas electrostáticas que los unen en una estructura cristalina y moverse más libremente en estado líquido. Conoces bien este punto crítico, ya que es el punto de fusión a 32 grados Fahrenheit (0 grados Celsius).

Cuando el agua está en estado líquido y baja la temperatura, las moléculas pierden energía y finalmente se fusionan en una estructura cristalina. A esta temperatura crítica, el punto de congelación, las moléculas no tienen suficiente energía para escapar de los enlaces electrostáticos. ejercen el uno sobre el otro, por lo que se establecen en un estado "inactivo" como un grupo de gatos acurrucados juntos para escapar del invierno enfriar. Una vez más, son las fuerzas de atracción electrostática que ejercen entre sí las que hacen que esto suceda.

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Cualquier soluto que se disuelva en agua reduce el punto de congelación por una razón bastante simple. Cuando una sustancia se disuelve, las moléculas de agua la rodean y se unen a ella electrostáticamente. El soluto proporciona espacio entre las moléculas de agua y disminuye la atracción que ejercen entre sí. Como resultado, necesitan menos energía para mantener su libertad de movimiento y permanecerán en estado líquido a temperaturas más bajas.

Esto sucede si las partículas de soluto son iones individuales, como los iones de sodio y cloruro en la sal, o moléculas grandes y complejas como la sacarosa (azúcar de mesa), que tiene la fórmula química C₁₂H₂₂O₁₁. Con 45 átomos por molécula, el azúcar no separa las moléculas de agua con tanta eficacia como los iones más pequeños y cargados con más fuerza, por lo que el azúcar no reduce el punto de fusión con tanta eficacia como la sal. Otra razón relacionada es que el efecto sobre el punto de congelación depende del volumen de soluto. Debido a que las moléculas de azúcar son mucho más grandes que los iones de sal, caben menos en una determinada cantidad de agua.

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Es un poco inexacto decir que el azúcar derrite el hielo. Lo que realmente sucede es que baja el punto de congelación, por lo que el agua puede permanecer en estado líquido a una temperatura más fría. Lo hace proporcionando espacio entre las moléculas de agua y reduciendo su atracción entre sí. Si arroja azúcar sobre hielo a 30 grados Fahrenheit (-1,1 grados Celsius), el hielo se derretirá, pero si la temperatura desciende, el agua eventualmente se congelará. El nuevo punto de congelación es más bajo que el del agua pura, pero más alto de lo que sería si arrojara sal al hielo.