Miért olvad a cukor jég?

•••Modfos / iStock / GettyImages

Általános gyakorlat, hogy jeget terítenek az úttesteken a téli jég megolvadására, de jég hiányában cukrot is használhat. Valójában bármilyen olyan anyagot használhat, amely vízben oldódik. A cukor nem működne olyan jól, mint a só, és felmerül a kérdés, hogy mind a ragadós víz az út menti pépet piszkosra változtatja. De mivel ez csökkenti a víz fagyáspontját, a jég megolvad, amennyiben a külső hőmérséklet nem túl hideg. Ennek az az oka, hogy bármely vízben oldott oldott anyag megzavarja a vízmolekulák szilárd formába való egyesülésének képességét.

TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)

A cukor csökkenti a víz fagyáspontját azáltal, hogy megköti a vízmolekulákat, és több helyet teremt közöttük. Ez segít leküzdeni az elektrosztatikus erőket, amelyek szilárd szerkezetbe kötik őket. Ugyanez vonatkozik minden olyan anyagra, amely vízben oldódik.

•••Fotó: Jonathan Percy az Unsplash-on

Amikor a víz szilárd jégállapotban van, a molekulák olyan kristályszerkezethez kötődnek egymással, amelyből egyiküknek sincs energiája a menekülésre. A hőmérséklet emelkedésével a molekulák rezgési energiát és mozgásszabadságot nyernek. Kritikus pontban megszabadulhatnak az elektrosztatikus erőktől, amelyek kristályszerkezetbe kötik őket, és folyékonyabb állapotban szabadabban mozoghatnak. Jól ismeri ezt a kritikus pontot, mivel olvadáspontja 32 Fahrenheit fokon (0 Celsius fok) van.

Amikor a víz folyékony állapotban van, és Ön csökkenti a hőmérsékletet, a molekulák elveszítik energiájukat, és végül kristályszerkezettel egyesülnek. Ezen a kritikus hőmérsékleten, a fagyásponton a molekuláknak nincs elegendő energiájuk az elektrosztatikus kötések elmeneküléséhez egymással gyakorolnak, így "szunnyadó" állapotba telepednek, mint egy csoport macska összebújva a tél elől hideg. Ismét az egymás által kifejtett elektrosztatikus vonzerők okozzák ezt.

•••Wavebreakmedia Ltd / Wavebreak Media / Getty Images

Bármely vízben oldódó oldott anyag meglehetősen egyszerű okból csökkenti a fagyáspontot. Amikor egy anyag feloldódik, a vízmolekulák körülveszik és elektrosztatikusan kötődnek hozzá. Az oldott anyag helyet biztosít a vízmolekulák között, és csökkenti az egymás által kifejtett vonzerőt. Ennek eredményeként kevesebb energiára van szükségük a mozgásszabadság fenntartásához, és alacsonyabb hőmérsékleten folyékony állapotban maradnak.

Ez akkor történik, ha az oldott részecskék egyedi ionok, például a só nátrium- és kloridionjai, vagy nagy, összetett molekulák, például szacharóz (asztali cukor), amelynek kémiai képlete C₁₂H₂₂O₁₁. Molekulánként 45 atom esetén a cukor nem választja el olyan hatékonyan a vízmolekulákat, mint a kisebb, erősebben töltött ionok, ezért a cukor nem csökkenti olyan olvadáspontot, mint a só. Egy másik kapcsolódó ok, hogy a fagyáspontra gyakorolt ​​hatás az oldott anyag térfogatától függ. Mivel a cukormolekulák sokkal nagyobbak, mint a sóionok, kevesebb közülük fér el egy adott vízmennyiségben.

•••Vlad Turchenko / iStock / Getty Images

Kicsit pontatlan azt állítani, hogy a cukor megolvasztja a jeget. Valójában az történik, hogy csökkenti a fagyáspontot, így a víz folyékony állapotban maradhat hidegebb hőmérsékleten is. Ezt úgy teszi meg, hogy helyet biztosít a vízmolekulák között, és csökkenti egymás vonzerejét. Ha a cukrot jégre dobja 30 Fahrenheit fokon (-1,1 Celsius fok), a jég megolvad, de ha a hőmérséklet alacsonyabbra esik, a víz végül megfagy. Az új fagyáspont alacsonyabb, mint a tiszta vízé, de magasabb, mint akkor lenne, ha sót dobnánk a jégre.