Prečo cukor topí ľad?

•••Modfos / iStock / GettyImages

Je bežnou praxou rozprestierať ľad na vozovkách, aby sa rozpustil zimný ľad, ale pri nedostatku ľadu môžete použiť aj cukor. V skutočnosti môžete použiť akúkoľvek látku, ktorá sa rozpúšťa vo vode. Cukor by nefungoval tak dobre ako soľ a je tu problém so všetkou lepkavou vodou, ktorá premieňa bahno na ceste na taffy. Ale pretože znižuje bod mrazu vody, ľad by sa topil, pokiaľ by vonkajšia teplota nebola príliš nízka. Dôvodom je to, že akákoľvek rozpustená látka rozpustená vo vode interferuje so schopnosťou molekúl vody splynúť do pevnej formy.

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Cukor znižuje teplotu tuhnutia vody tým, že sa viaže s molekulami vody a vytvára medzi nimi väčší priestor. To im pomáha prekonať elektrostatické sily, ktoré ich viažu na pevnú štruktúru. To isté platí pre každú látku, ktorá sa rozpúšťa vo vode.

•••Foto Jonathan Percy na serveri Unsplash

Keď je voda v pevnom stave ľadu, molekuly sa navzájom spájajú do kryštalickej štruktúry, z ktorej žiadna z nich nemá energiu na únik. Keď teplota stúpa, molekuly získavajú vibračnú energiu a slobodu pohybu. V kritickom bode sa môžu uvoľniť z elektrostatických síl, ktoré ich viažu na kryštalickú štruktúru, a v tekutom stave sa pohybujú voľnejšie. Tento kritický bod dobre poznáte, pretože ide o bod topenia pri 0 ° C (32 stupňov Fahrenheita).

Keď je voda v tekutom stave a znížite teplotu, molekuly stratia energiu a nakoniec sa spoja do kryštalickej štruktúry. Pri tejto kritickej teplote, bode mrazu, molekuly nemajú dostatok energie na to, aby unikli elektrostatickým väzbám namáhajú sa jeden na druhého, a tak sa usadia v „nečinnom“ stave ako skupina mačiek schúlených k sebe, aby unikli zime chlad. Toto opäť spôsobujú elektrostatické príťažlivé sily, ktoré na seba vyvíjajú.

•••Wavebreakmedia Ltd / Wavebreak Media / Getty Images

Akákoľvek rozpustená látka, ktorá sa rozpustí vo vode, zníži bod tuhnutia z celkom jednoduchého dôvodu. Keď sa látka rozpustí, obklopia ju molekuly vody a elektrostaticky sa na ňu naviažu. Rozpustná látka poskytuje priestor medzi molekulami vody a znižuje príťažlivosť, ktorú na seba vyvíjajú. Vo výsledku potrebujú menej energie na udržanie slobody pohybu a pri nižších teplotách zostanú v tekutom stave.

Stáva sa to, či sú časticami rozpustenej látky jednotlivé ióny, ako sú sodné a chloridové ióny v soli, alebo veľké, zložité molekuly, ako je napríklad sacharóza (stolový cukor), ktorá má chemický vzorec C₁₂H₂₂O₁₁. Cukor so 45 atómami v molekule neoddeľuje molekuly vody tak efektívne ako menšie, silnejšie nabité ióny, a preto cukor neznižuje teplotu topenia tak efektívne ako soľ. Ďalším súvisiacim dôvodom je, že vplyv na bod mrazu závisí od objemu rozpustenej látky. Pretože molekuly cukru sú oveľa väčšie ako ióny solí, menej z nich sa zmestí do daného množstva vody.

•••Vlad Turchenko / iStock / Getty Images

Je trochu nepresné tvrdiť, že cukor topí ľad. V skutočnosti sa stane, že zníži bod tuhnutia, takže voda môže zostať v tekutom stave pri nižšej teplote. Robí to poskytovaním priestoru medzi molekulami vody a znižovaním ich vzájomnej príťažlivosti. Ak hodíte cukor na ľad pri teplote 30 stupňov Fahrenheita (-1,1 stupňa Celzia), ľad sa roztopí, ale ak teplota klesne nižšie, voda nakoniec zamrzne. Nový bod mrazu je nižší ako bod čistej vody, ale vyšší, ako by bol, keby ste na ľad hodili soľ.