Waarom smelt suiker ijs?

•••Modfos/iStock/GettyImages

Het is gebruikelijk om ijs op wegen te strooien om winterijs te smelten, maar als er geen ijs is, kun je ook suiker gebruiken. In feite zou je elke stof kunnen gebruiken die in water oplost. Suiker zou niet zo goed werken als zout, en er is het probleem van al dat plakkerige water dat slijk langs de weg verandert in taffy. Maar omdat het het vriespunt van water verlaagt, zou ijs smelten, zolang de buitentemperatuur niet te koud is. De reden dat dit gebeurt, is dat elke opgeloste stof die in water is opgelost, het vermogen van de watermoleculen om samen te smelten tot een vaste vorm verstoort.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Suiker verlaagt het vriespunt van water door zich te binden aan de watermoleculen en er meer ruimte tussen te creëren. Dit helpt hen de elektrostatische krachten te overwinnen die hen tot een solide structuur binden. Hetzelfde geldt voor elke stof die in water oplost.

•••Foto door Jonathan Percy op Unsplash

Wanneer water in de vaste toestand van ijs is, binden de moleculen zich met elkaar tot een kristalstructuur waaruit geen van hen de energie heeft om te ontsnappen. Naarmate de temperatuur stijgt, krijgen de moleculen trillingsenergie en bewegingsvrijheid. Op een kritiek punt kunnen ze zich losmaken van de elektrostatische krachten die hen in een kristallijne structuur binden en vrijer bewegen in vloeibare toestand. Je kent dit kritieke punt goed, want het is het smeltpunt bij 32 graden Fahrenheit (0 graden Celsius).

Wanneer water in vloeibare toestand is en je de temperatuur verlaagt, verliezen de moleculen energie en fuseren ze uiteindelijk tot een kristalstructuur. Bij deze kritische temperatuur, het vriespunt, hebben de moleculen niet genoeg energie om aan de elektrostatische bindingen te ontsnappen ze oefenen op elkaar uit, dus vestigen ze zich in een "slapende" toestand als een groep katten die bij elkaar kruipen om aan de winter te ontsnappen chillen. Nogmaals, het zijn de elektrostatische aantrekkingskrachten die ze op elkaar uitoefenen die ervoor zorgen dat dit gebeurt.

•••Wavebreakmedia Ltd/Wavebreak Media/Getty Images

Elke opgeloste stof die in water zal oplossen, verlaagt het vriespunt om een ​​vrij eenvoudige reden. Wanneer een stof oplost, omringen watermoleculen deze en binden zich er elektrostatisch aan. De opgeloste stof zorgt voor ruimte tussen de watermoleculen en vermindert de aantrekkingskracht die ze op elkaar uitoefenen. Hierdoor hebben ze minder energie nodig om hun bewegingsvrijheid te behouden en blijven ze bij lagere temperaturen in vloeibare toestand.

Dit gebeurt ongeacht of de opgeloste deeltjes individuele ionen zijn, zoals de natrium- en chloride-ionen in zout, of grote, complexe moleculen zoals sucrose (tafelsuiker), met de chemische formule C₁₂H₂₂O₁₁. Met 45 atomen per molecuul scheidt suiker de watermoleculen niet zo effectief als kleinere, sterker geladen ionen. Daarom verlaagt suiker het smeltpunt niet zo effectief als zout. Een andere verwante reden is dat het effect op het vriespunt afhankelijk is van het volume opgeloste stof. Omdat suikermoleculen zoveel groter zijn dan zoutionen, passen er minder in een bepaalde hoeveelheid water.

•••Vlad Turchenko/iStock/Getty Images

Het is een beetje onnauwkeurig om te zeggen dat suiker ijs smelt. Wat er feitelijk gebeurt, is dat het het vriespunt verlaagt, zodat water bij een lagere temperatuur in vloeibare toestand kan blijven. Het doet dit door ruimte tussen de watermoleculen te creëren en hun aantrekkingskracht op elkaar te verminderen. Als je suiker op ijs gooit bij 30 graden Fahrenheit (-1,1 graden Celsius), zal het ijs smelten, maar als de temperatuur lager wordt, zal het water uiteindelijk bevriezen. Het nieuwe vriespunt is lager dan dat van zuiver water, maar hoger dan wanneer je zout op het ijs zou gooien.