Почему сахар тает лед?

•••Modfos / iStock / GettyImages

Распространение льда на проезжей части - это обычная практика, чтобы растопить зимний лед, но в отсутствие льда можно также использовать сахар. Фактически, вы можете использовать любое вещество, растворяющееся в воде. Сахар не годится так же хорошо, как соль, и есть проблема в том, что вся эта липкая вода превращает придорожный навоз в ириску. Но поскольку это снижает температуру замерзания воды, лед будет таять, если наружная температура не слишком низкая. Причина, по которой это происходит, заключается в том, что любое растворенное в воде растворенное вещество препятствует способности молекул воды объединяться в твердую форму.

TL; DR (слишком длинный; Не читал)

Сахар снижает температуру замерзания воды, связываясь с молекулами воды и создавая между ними больше места. Это помогает им преодолевать электростатические силы, которые связывают их в твердую структуру. То же самое и с любым веществом, растворяющимся в воде.

•••Фото Джонатана Перси на Unsplash

Когда вода находится в твердом состоянии льда, молекулы связываются друг с другом в кристаллическую структуру, из которой ни у одной из них нет энергии, чтобы вырваться. С повышением температуры молекулы приобретают колебательную энергию и свободу движения. В критический момент они могут освободиться от электростатических сил, которые связывают их в кристаллическую структуру, и более свободно перемещаться в жидком состоянии. Вы хорошо знаете эту критическую точку, так как это температура плавления 32 градуса по Фаренгейту (0 градусов по Цельсию).

Когда вода находится в жидком состоянии, и вы понижаете температуру, молекулы теряют энергию и в конечном итоге сливаются в кристаллическую структуру. При этой критической температуре, точке замерзания, молекулам не хватает энергии, чтобы вырваться из электростатических связей. они действуют друг на друга, поэтому они переходят в «спящее» состояние, как группа кошек, сбившихся в кучу, чтобы спастись от зимы. холод. Опять же, причиной этого являются электростатические силы притяжения, которые они оказывают друг на друга.

•••Launcher Ltd / Wavebreak Media / Getty Images

Любое растворенное вещество, которое растворяется в воде, снижает температуру замерзания по довольно простой причине. Когда вещество растворяется, молекулы воды окружают его и связываются с ним электростатически. Растворенное вещество обеспечивает пространство между молекулами воды и снижает их притяжение друг к другу. В результате им требуется меньше энергии для поддержания свободы движения, и они будут оставаться в жидком состоянии при более низких температурах.

Это происходит независимо от того, являются ли частицы растворенного вещества отдельными ионами, такими как ионы натрия и хлорида в соли, или большими сложными молекулами, такими как сахароза (столовый сахар), которая имеет химическую формулу C₁₂ЧАС₂₂О₁₁. С 45 атомами на молекулу сахар не разделяет молекулы воды так же эффективно, как более мелкие и более заряженные ионы, поэтому сахар не снижает температуру плавления так же эффективно, как соль. Другая связанная с этим причина заключается в том, что влияние на точку замерзания зависит от объема растворенного вещества. Поскольку молекулы сахара намного больше, чем ионы соли, меньшее их количество поместится в определенное количество воды.

•••Влад Турченко / iStock / Getty Images

Сказать, что сахар тает лед, немного неточно. На самом деле происходит то, что температура замерзания понижается, поэтому вода может оставаться в жидком состоянии при более низкой температуре. Это достигается за счет обеспечения пространства между молекулами воды и уменьшения их притяжения друг к другу. Если вы бросите сахар на лед при температуре 30 градусов по Фаренгейту (-1,1 градуса Цельсия), лед растает, но если температура упадет ниже, вода в конечном итоге замерзнет. Новая точка замерзания ниже, чем у чистой воды, но выше, чем она была бы, если бы вы бросили соль на лед.