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È pratica comune spargere ghiaccio sulle strade per sciogliere il ghiaccio invernale, ma in assenza di ghiaccio si potrebbe usare anche lo zucchero. In effetti, potresti usare qualsiasi sostanza che si dissolva in acqua. Lo zucchero non funzionerebbe bene come il sale, e c'è il problema di tutta quell'acqua appiccicosa che trasforma il fango lungo la strada in caramello. Ma poiché abbassa il punto di congelamento dell'acqua, il ghiaccio si scioglierebbe, purché la temperatura esterna non sia troppo fredda. Il motivo per cui ciò accade è che qualsiasi soluto disciolto in acqua interferisce con la capacità delle molecole d'acqua di fondersi in una forma solida.
TL; DR (troppo lungo; non letto)
Lo zucchero abbassa il punto di congelamento dell'acqua legandosi alle molecole d'acqua e creando più spazio tra di loro. Questo li aiuta a superare le forze elettrostatiche che li legano in una struttura solida. Lo stesso vale per qualsiasi sostanza che si dissolve in acqua.
Di Acqua e Ghiaccio
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Quando l'acqua è allo stato solido del ghiaccio, le molecole si legano tra loro in una struttura cristallina dalla quale nessuna di esse ha l'energia per sfuggire. All'aumentare della temperatura, le molecole acquisiscono energia vibrazionale e libertà di movimento. In un punto critico, possono liberarsi dalle forze elettrostatiche che li legano in una struttura cristallina e muoversi più liberamente allo stato liquido. Conosci bene questo punto critico poiché è il punto di fusione a 32 gradi Fahrenheit (0 gradi Celsius).
Quando l'acqua è allo stato liquido e si abbassa la temperatura, le molecole perdono energia e alla fine si fondono in una struttura cristallina. A questa temperatura critica, il punto di congelamento, le molecole non hanno energia sufficiente per sfuggire ai legami elettrostatici si esercitano l'uno sull'altro, quindi si sistemano in uno stato "dormiente" come un gruppo di gatti che si accalcano insieme per sfuggire all'inverno freddo. Ancora una volta, sono le forze elettrostatiche di attrazione che esercitano l'una sull'altra a far sì che ciò accada.
Aggiungi un po' di zucchero
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Qualsiasi soluto che si dissolverà in acqua abbassa il punto di congelamento per un motivo abbastanza semplice. Quando una sostanza si dissolve, le molecole d'acqua la circondano e si legano ad essa elettrostaticamente. Il soluto fornisce spazio tra le molecole d'acqua e diminuisce l'attrazione che esercitano l'una sull'altra. Di conseguenza, hanno bisogno di meno energia per mantenere la loro libertà di movimento e rimarranno allo stato liquido a temperature più basse.
Ciò accade sia che le particelle di soluto siano ioni individuali, come gli ioni sodio e cloruro nel sale, o molecole grandi e complesse come il saccarosio (zucchero da tavola), che ha la formula chimica C12H22oh11. Con 45 atomi per molecola, lo zucchero non separa le molecole d'acqua con la stessa efficacia degli ioni più piccoli e più carichi, motivo per cui lo zucchero non abbassa il punto di fusione con la stessa efficacia del sale. Un altro motivo correlato è che l'effetto sul punto di congelamento dipende dal volume del soluto. Poiché le molecole di zucchero sono molto più grandi degli ioni di sale, meno di esse si adatteranno a una data quantità di acqua.
Lo zucchero non scioglie davvero il ghiaccio
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È un po' impreciso dire che lo zucchero scioglie il ghiaccio. Ciò che accade in realtà è che abbassa il punto di congelamento, quindi l'acqua può rimanere allo stato liquido a una temperatura più fredda. Lo fa fornendo spazio tra le molecole d'acqua e riducendo la loro attrazione reciproca. Se lanci lo zucchero sul ghiaccio a 30 gradi Fahrenheit (-1,1 gradi Celsius), il ghiaccio si scioglierà, ma se la temperatura scende, l'acqua alla fine si congelerà. Il nuovo punto di congelamento è inferiore a quello dell'acqua pura, ma superiore a quello che sarebbe se si gettasse del sale sul ghiaccio.
