•••Modfos / iStock / GettyImages
נוהג נפוץ להפיץ קרח בכבישים כדי להמיס קרח חורף, אך בהיעדר קרח, אתה יכול גם להשתמש בסוכר. למעשה, אתה יכול להשתמש בכל חומר שמתמוסס במים. סוכר לא יעבוד כמו מלח, ויש את הנושא של כל אותם מים דביקים שהופכים את הכביש לכדי טפי. אך מכיוון שהוא מוריד את נקודת הקפאה של מים, הקרח יתמוסס, כל עוד הטמפרטורה החיצונית לא קרה מדי. הסיבה שזה קורה היא כי כל מומס המומס במים מפריע ליכולתן של מולקולות המים להתאחד לצורה מוצקה.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
סוכר מוריד את נקודת הקפאה של מים על ידי קישור למולקולות המים ויצירת מרחב גדול יותר ביניהן. זה עוזר להם להתגבר על הכוחות האלקטרוסטטיים הקושרים אותם למבנה מוצק. הדבר נכון לגבי כל חומר שמתמוסס במים.
של מים וקרח
•••צילום: ג'ונתן פרסי ב- Unsplash
כאשר המים נמצאים במצב מוצק של קרח, המולקולות נקשרות זו עם זו למבנה גביש שממנו לאף אחת מהן אין אנרגיה לברוח. ככל שהטמפרטורה עולה, המולקולות צוברות אנרגיה רטטית וחופש תנועה. בנקודה קריטית הם יכולים להשתחרר מהכוחות האלקטרוסטטיים הקושרים אותם למבנה גבישי ולהסתובב חופשי יותר במצב הנוזל. אתה מכיר את הנקודה הקריטית הזו היטב מכיוון שזו נקודת ההתכה ב -32 מעלות פרנהייט (0 מעלות צלזיוס).
כאשר המים במצב נוזלי, ואתה מוריד את הטמפרטורה, המולקולות מאבדות אנרגיה ובסופו של דבר מתאחדות למבנה גביש. בטמפרטורה קריטית זו, נקודת הקפאה, למולקולות אין מספיק אנרגיה כדי לברוח מהקשרים האלקטרוסטטיים הם פועלים זה על זה, ולכן הם מתמקמים במצב "רדום" כמו קבוצת חתולים המצטופפים כדי להימלט מהחורף לְצַנֵן. שוב, כוחות המשיכה האלקטרוסטטיים שהם מפעילים זה על זה הם שגורמים לזה לקרות.
מוסיפים מעט סוכר
•••Wavebreakmedia Ltd / Wavebreak Media / Getty Images
כל מומס שמתמוסס במים מוריד את נקודת הקפאה מסיבה די פשוטה. כאשר חומר מתמוסס, מולקולות מים מקיפות אותו ונקשרות אליו בצורה אלקטרוסטטית. המומס מספק מרחב בין מולקולות המים ומקטין את המשיכה שהם מפעילים זה על זה. כתוצאה מכך הם זקוקים פחות אנרגיה כדי לשמור על חופש התנועה שלהם ויישארו במצב נוזלי בטמפרטורות נמוכות יותר.
זה קורה בין אם החלקיקים המומסים הם יונים בודדים, כגון יונים הנתרן והכלוריד במלח, או מולקולות גדולות ומורכבות כגון סוכרוז (סוכר שולחן), בעלות הנוסחה הכימית C12ה22או11. עם 45 אטומים למולקולה, הסוכר אינו מפריד את מולקולות המים ביעילות כמו יונים קטנים יותר, בעלי טעינה חזקה יותר, ולכן הסוכר אינו מוריד את נקודת ההיתוך בצורה יעילה כמו מלח. סיבה קשורה נוספת היא שההשפעה על נקודת הקפאה תלויה בנפח המומס. מכיוון שמולקולות הסוכר כל כך גדולות מיוני מלח, פחות מהן ישתלבו בכמות מים נתונה.
סוכר לא ממש ממיס קרח
•••ולאד טורצ'נקו / iStock / Getty Images
זה קצת לא מדויק לומר שהסוכר נמס קרח. מה שקורה בפועל הוא שהוא מוריד את נקודת הקפאה, כך שהמים יכולים להישאר במצב נוזלי בטמפרטורה קרה יותר. היא עושה זאת על ידי מתן מרווח בין מולקולות המים והפחתת משיכתן זו לזו. אם אתה זורק סוכר על קרח בטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס (-1.1 מעלות צלזיוס), הקרח יימס, אך אם הטמפרטורה תרד נמוכה יותר, בסופו של דבר המים יקפאו. נקודת הקפאה החדשה נמוכה מזו של מים טהורים, אך גבוהה מכפי שהיית זורק מלח על הקרח.