Mengapa Gula Mencairkan Es?

•••Modfos/iStock/GettyImages

Ini adalah praktik umum untuk menyebarkan es di jalan raya untuk mencairkan es musim dingin, tetapi jika tidak ada es, Anda juga bisa menggunakan gula. Sebenarnya, Anda bisa menggunakan zat apa pun yang larut dalam air. Gula tidak akan bekerja sebaik garam, dan ada masalah air lengket yang mengubah kotoran pinggir jalan menjadi gula-gula. Tapi karena itu menurunkan titik beku air, es akan mencair, selama suhu di luar tidak terlalu dingin. Alasan hal ini terjadi adalah karena zat terlarut apa pun yang dilarutkan dalam air mengganggu kemampuan molekul air untuk bergabung menjadi bentuk padat.

TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)

Gula menurunkan titik beku air dengan mengikat molekul air dan menciptakan lebih banyak ruang di antara mereka. Ini membantu mereka mengatasi gaya elektrostatik yang mengikat mereka menjadi struktur yang kokoh. Hal yang sama berlaku untuk zat apa pun yang larut dalam air.

•••Foto oleh Jonathan Percy di Unsplash

Ketika air berada dalam keadaan padat es, molekul-molekul itu saling mengikat menjadi struktur kristal yang tidak memiliki energi untuk melepaskan diri. Saat suhu naik, molekul mendapatkan energi vibrasi dan kebebasan bergerak. Pada titik kritis, mereka dapat melepaskan diri dari gaya elektrostatik yang mengikat mereka ke dalam struktur kristal dan bergerak lebih bebas dalam keadaan cair. Anda tahu titik kritis ini dengan baik karena ini adalah titik leleh pada 32 derajat Fahrenheit (0 derajat Celcius).

Ketika air dalam keadaan cair, dan Anda menurunkan suhu, molekul kehilangan energi dan akhirnya menyatu menjadi struktur kristal. Pada suhu kritis ini, titik beku, molekul tidak memiliki energi yang cukup untuk melepaskan diri dari ikatan elektrostatik mereka mengerahkan satu sama lain, sehingga mereka menetap dalam keadaan "tidak aktif" seperti sekelompok kucing yang meringkuk bersama untuk melarikan diri dari musim dingin dingin. Sekali lagi, itu adalah gaya tarik elektrostatik yang mereka berikan satu sama lain yang menyebabkan hal ini terjadi.

•••Wavebreakmedia Ltd/Wavebreak Media/Getty Images

Setiap zat terlarut yang akan larut dalam air menurunkan titik beku karena alasan yang cukup sederhana. Ketika suatu zat larut, molekul air mengelilinginya dan mengikatnya secara elektrostatik. Zat terlarut menyediakan ruang antara molekul air dan mengurangi daya tarik yang mereka berikan satu sama lain. Akibatnya, mereka membutuhkan lebih sedikit energi untuk mempertahankan kebebasan bergerak mereka dan akan tetap dalam keadaan cair pada suhu yang lebih rendah.

Hal ini terjadi apakah partikel zat terlarut adalah ion individu, seperti ion natrium dan klorida dalam garam, atau molekul besar yang kompleks seperti sukrosa (gula meja), yang memiliki rumus kimia C₁₂H₂₂HAI₁₁. Dengan 45 atom per molekul, gula tidak memisahkan molekul air seefektif ion yang lebih kecil dan bermuatan lebih kuat, itulah sebabnya gula tidak menurunkan titik leleh seefektif garam. Alasan terkait lainnya adalah bahwa efek pada titik beku tergantung pada volume zat terlarut. Karena molekul gula jauh lebih besar daripada ion garam, lebih sedikit dari mereka yang akan masuk ke dalam jumlah air tertentu.

•••Vlad Turchenko/iStock/Getty Images

Agak tidak akurat untuk mengatakan bahwa gula melelehkan es. Apa yang sebenarnya terjadi adalah menurunkan titik beku, sehingga air dapat tetap dalam keadaan cair pada suhu yang lebih dingin. Ini dilakukan dengan menyediakan ruang antara molekul air dan mengurangi daya tarik mereka satu sama lain. Jika Anda melempar gula ke dalam es pada suhu 30 derajat Fahrenheit (-1,1 derajat Celcius), es akan meleleh, tetapi jika suhunya turun lebih rendah, air akhirnya akan membeku. Titik beku baru lebih rendah daripada air murni, tetapi lebih tinggi daripada jika Anda melemparkan garam ke atas es.