Zašto se šećer topi led?

•••Modfos / iStock / GettyImages

Uobičajena je praksa širenje leda na cestama radi topljenja zimskog leda, ali u nedostatku leda mogli biste koristiti i šećer. Zapravo biste mogli koristiti bilo koju tvar koja se otapa u vodi. Šećer ne bi djelovao jednako dobro kao sol, a tu je i problem te sve ljepljive vode koja pretvara gomilu uz ceste u tafnu. No budući da snižava točku ledišta vode, led bi se topio, sve dok vanjska temperatura nije prehladna. Razlog tome što se to događa jest taj što bilo koja otopljena otopljena tvar u vodi ometa sposobnost molekula vode da se spajaju u čvrsti oblik.

TL; DR (predugo; Nisam pročitao)

Šećer smanjuje točku ledišta vode vezujući se za molekule vode i stvarajući više prostora između njih. To im pomaže da prevladaju elektrostatičke sile koje ih vežu u čvrstu strukturu. Isto vrijedi i za bilo koju tvar koja se otapa u vodi.

•••Foto Jonathan Percy na Unsplash

Kada je voda u čvrstom stanju leda, molekule se međusobno vežu u kristalnu strukturu iz koje niti jedna od njih nema energije za bijeg. Kako temperatura raste, molekule dobivaju vibracijsku energiju i slobodu kretanja. U kritičnoj se točki mogu osloboditi elektrostatičkih sila koje ih vežu u kristalnu strukturu i slobodnije se kretati u tekućem stanju. Ovu kritičnu točku dobro znate jer je talište na 32 stupnjeva Fahrenheita (0 stupnjeva Celzijusa).

Kada je voda u tekućem stanju, a vi snizite temperaturu, molekule gube energiju i na kraju se spajaju u kristalnu strukturu. Na ovoj kritičnoj temperaturi, točki ledišta, molekule nemaju dovoljno energije da pobjegnu iz elektrostatičkih veza naprežu se jedni na druge, pa se smjeste u "uspavano" stanje poput skupine mačaka koje se skupljaju kako bi pobjegle zimi jeza. Opet, to su elektrostatičke sile privlačenja koje one međusobno djeluju uzrokuju to.

•••Wavebreakmedia Ltd / Wavebreak Media / Getty Images

Bilo koja otopljena tvar koja se otopi u vodi snižava točku ledišta iz prilično jednostavnog razloga. Kad se tvar otopi, molekule vode okružuju je i elektrostatički se vežu za nju. Otopljena tvar osigurava prostor između molekula vode i smanjuje privlačnost koju međusobno vrše. Kao rezultat, potrebno im je manje energije da bi zadržali slobodu kretanja i ostat će u tekućem stanju na nižim temperaturama.

To se događa bez obzira jesu li čestice otopljene tvari pojedinačni ioni, poput iona natrija i klorida u soli, ili velike složene molekule poput saharoze (stolni šećer), koja ima kemijsku formulu C₁₂H₂₂O₁₁. S 45 atoma po molekuli, šećer ne razdvaja molekule vode toliko učinkovito kao manji, jače nabijeni ioni, zbog čega šećer ne snižava točku topljenja jednako učinkovito kao sol. Drugi povezani razlog je taj što učinak na točku ledišta ovisi o količini otopljene tvari. Budući da su molekule šećera toliko veće od iona soli, manje će ih se uklopiti u zadanu količinu vode.

•••Vlad Turchenko / iStock / Getty Images

Malo je netočno reći da šećer topi led. Ono što se zapravo događa jest da snižava točku ledišta, tako da voda može ostati u tekućem stanju na hladnijoj temperaturi. To čini osiguravajući prostor između molekula vode i smanjujući njihovu privlačnost jedna na drugu. Ako bacate šećer na led na 30 stupnjeva Fahrenheita (-1,1 stupnjeva Celzija), led će se topiti, ali ako temperatura padne niža, voda će se na kraju smrznuti. Nova točka smrzavanja niža je od točke čiste vode, ali viša nego što bi bila kad biste bacili sol na led.