Hvorfor smelter sukker is?

•••Modfos / iStock / GettyImages

Det er vanlig praksis å spre is på veier for å smelte vinteris, men i fravær av is kan du også bruke sukker. Faktisk kan du bruke et hvilket som helst stoff som oppløses i vann. Sukker ville ikke fungere like bra som salt, og det er problemet med alt det klissete vannet som gjør vegkanten til taffy. Men siden det senker frysepunktet for vann, vil is smelte, så lenge utetemperaturen ikke er for kald. Grunnen til at dette skjer er at ethvert oppløst stoff oppløst i vann forstyrrer vannmolekylenes evne til å smelte sammen til en fast form.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Sukker senker vannets frysepunkt ved å binde seg til vannmolekylene og skape mer plass mellom dem. Dette hjelper dem med å overvinne de elektrostatiske kreftene som binder dem til en solid struktur. Det samme gjelder alle stoffer som oppløses i vann.

•••Foto av Jonathan Percy på Unsplash

Når vann er i fast tilstand av is, binder molekylene seg til en krystallstruktur som ingen av dem har energi til å unnslippe. Når temperaturen stiger, får molekylene vibrasjonsenergi og bevegelsesfrihet. På et kritisk punkt kan de bryte seg løs fra de elektrostatiske kreftene som binder dem til en krystallstruktur og bevege seg friere i flytende tilstand. Du kjenner dette kritiske punktet godt siden det er smeltepunktet ved 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius).

Når vann er i flytende tilstand, og du senker temperaturen, mister molekylene energi og til slutt smelter sammen til en krystallstruktur. Ved denne kritiske temperaturen, frysepunktet, har ikke molekylene nok energi til å unnslippe de elektrostatiske bindingene de anstrenger seg mot hverandre, så de bosetter seg i en "sovende" tilstand som en gruppe katter som krummer seg sammen for å unnslippe vinteren chill. Igjen er det de elektrostatiske tiltrekningskreftene de utøver på hverandre som får dette til å skje.

•••Wavebreakmedia Ltd / Wavebreak Media / Getty Images

Enhver løsemiddel som vil oppløses i vann senker frysepunktet av en ganske enkel grunn. Når et stoff oppløses, omgir vannmolekyler det og binder seg til det elektrostatisk. Det oppløste stoffet gir rom mellom vannmolekylene og reduserer tiltrekningen de utøver på hverandre. Som et resultat trenger de mindre energi for å opprettholde bevegelsesfriheten og vil forbli i flytende tilstand ved lavere temperaturer.

Dette skjer enten de oppløste partiklene er individuelle ioner, slik som natrium- og kloridionene i salt, eller store, komplekse molekyler som sukrose (bordsukker), som har den kjemiske formelen C₁₂H₂₂O₁₁. Med 45 atomer per molekyl skiller ikke sukker vannmolekylene like effektivt som mindre, sterkere ladede ioner, og det er derfor sukker ikke senker smeltepunktet like effektivt som salt. En annen relatert årsak er at effekten på frysepunktet er avhengig av volumet av oppløst stoff. Fordi sukkermolekyler er så mye større enn saltioner, vil færre av dem passe inn i en gitt mengde vann.

•••Vlad Turchenko / iStock / Getty Images

Det er litt unøyaktig å si at sukker smelter is. Det som faktisk skjer er at det senker frysepunktet, slik at vannet kan holde seg i flytende tilstand ved en kaldere temperatur. Det gjør det ved å gi rom mellom vannmolekylene og redusere deres tiltrekningskraft på hverandre. Hvis du kaster sukker på is ved -1,1 grader Celsius, smelter isen, men hvis temperaturen faller lavere, vil vannet til slutt fryse. Det nye frysepunktet er lavere enn rent vann, men høyere enn det ville vært hvis du kastet salt på isen.