Kāpēc cukurs izkausē ledu?

•••Modfos / iStock / GettyImages

Ir izplatīta prakse ledus izkaisīšana uz brauktuvēm, lai izkausētu ziemas ledus, bet, ja ledus nav, jūs varētu izmantot arī cukuru. Patiesībā jūs varētu izmantot jebkuru vielu, kas izšķīst ūdenī. Cukurs nedarbotos tikpat labi kā sāls, un ir jautājums par visu lipīgo ūdeni, kas ceļa malas pārvērš par maigu. Bet, tā kā tas pazemina ūdens sasalšanas temperatūru, ledus izkūst, ja vien ārējā temperatūra nav pārāk auksta. Iemesls tam notiek tāpēc, ka jebkura ūdenī izšķīdināta izšķīdinātā viela traucē ūdens molekulu spēju saplūst cietā formā.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Cukurs pazemina ūdens sasalšanas temperatūru, saistoties ar ūdens molekulām un radot starp tām vairāk vietas. Tas viņiem palīdz pārvarēt elektrostatiskos spēkus, kas tos saista cietā struktūrā. Tas pats attiecas uz jebkuru vielu, kas izšķīst ūdenī.

•••Džonatana Persija fotogrāfija vietnē Unsplash

Kad ūdens atrodas ledus cietā stāvoklī, molekulas savstarpēji saistās kristāla struktūrā, no kuras nevienai no tām nav enerģijas, lai izkļūtu. Temperatūrai paaugstinoties, molekulas iegūst vibrācijas enerģiju un kustību brīvību. Kritiskā brīdī tie var atbrīvoties no elektrostatiskajiem spēkiem, kas tos saista kristāliskā struktūrā, un šķidrā stāvoklī brīvāk pārvietoties. Jūs labi zināt šo kritisko punktu, jo tā kušanas temperatūra ir 32 grādi pēc Fārenheita (0 grādi pēc Celsija).

Kad ūdens atrodas šķidrā stāvoklī un jūs pazemināt temperatūru, molekulas zaudē enerģiju un galu galā saplūst kristāla struktūrā. Šajā kritiskajā temperatūrā, sasalšanas punktā, molekulām nav pietiekami daudz enerģijas, lai izkļūtu no elektrostatiskajām saitēm viņi pūlas viens pret otru, tāpēc viņi apmetas "miera stāvoklī" kā kaķu grupa, kas kopā saspiedusies, lai aizbēgtu no ziemas chill. Atkal, tas izraisa elektrostatiskos pievilkšanās spēkus, kurus tie iedarbojas viens uz otru.

•••Wavebreakmedia Ltd / Wavebreak Media / Getty Images

Jebkura izšķīdušā viela, kas izšķīst ūdenī, pazemina sasalšanas punktu diezgan vienkārša iemesla dēļ. Kad viela izšķīst, ūdens molekulas to ieskauj un elektrostatiski saistās. Šķīdinātā viela nodrošina vietu starp ūdens molekulām un samazina pievilcību, ko tās rada viena otrai. Tā rezultātā viņiem ir nepieciešams mazāk enerģijas, lai saglabātu pārvietošanās brīvību, un zemākā temperatūrā viņi paliks šķidrā stāvoklī.

Tas notiek neatkarīgi no tā, vai izšķīdušās daļiņas ir atsevišķi joni, piemēram, sāls nātrija un hlorīda joni, vai lielas, sarežģītas molekulas, piemēram, saharoze (galda cukurs), kurai ir ķīmiskā formula C₁₂H₂₂O₁₁. Ar 45 atomiem uz molekulu cukurs ūdens molekulas nenodala tikpat efektīvi kā mazāki, spēcīgāk uzlādēti joni, tāpēc cukurs kušanas temperatūru nesamazina tikpat efektīvi kā sāls. Vēl viens saistīts iemesls ir tas, ka ietekme uz sasalšanas temperatūru ir atkarīga no izšķīdušās vielas tilpuma. Tā kā cukura molekulas ir tik daudz lielākas nekā sāls joni, mazāk no tām iederēsies noteiktā ūdens daudzumā.

•••Vlads Turčenko / iStock / Getty Images

Ir nedaudz neprecīzi teikt, ka cukurs kūst ledu. Patiesībā notiek tas, ka tas pazemina sasalšanas temperatūru, tāpēc ūdens var palikt šķidrā stāvoklī vēsākā temperatūrā. Tas tiek darīts, nodrošinot vietu starp ūdens molekulām un samazinot to pievilcību viens otram. Ja jūs iemetīsit cukuru uz ledus 30 grādos pēc Fārenheita (-1,1 grādi pēc Celsija), ledus izkusīs, bet, ja temperatūra nokritīs zemāk, ūdens galu galā sasals. Jaunā sasalšanas temperatūra ir zemāka nekā tīra ūdens, bet augstāka nekā būtu, ja jūs iemestu sāli uz ledus.