Varför smälter socker is?

•••Modfos / iStock / GettyImages

Det är vanligt att sprida is på vägar för att smälta vinteris, men i avsaknad av is kan du också använda socker. I själva verket kan du använda alla ämnen som löser sig i vatten. Socker skulle inte fungera lika bra som salt, och det är frågan om allt det klibbiga vattnet som förvandlar vägkanten till taffy. Men eftersom det sänker fryspunkten för vatten, skulle is smälta så länge som utetemperaturen inte är för kall. Anledningen till att detta händer är att varje löst ämne upplöst i vatten stör vattenmolekylernas förmåga att smälta samman till en fast form.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Socker sänker vattenets fryspunkt genom att binda till vattenmolekylerna och skapa mer utrymme mellan dem. Detta hjälper dem att övervinna de elektrostatiska krafterna som binder dem till en solid struktur. Detsamma gäller för alla ämnen som löser sig i vatten.

•••Foto av Jonathan Percy på Unsplash

När vatten är i fast tillstånd av is binder molekylerna med varandra till en kristallstruktur från vilken ingen av dem har energi att fly. När temperaturen stiger får molekylerna vibrationsenergi och rörelsefrihet. Vid en kritisk punkt kan de bryta sig loss från de elektrostatiska krafterna som binder dem till en kristallstruktur och rör sig mer fritt i flytande tillstånd. Du känner den här kritiska punkten väl eftersom det är smältpunkten vid 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius).

När vatten är i flytande tillstånd och du sänker temperaturen, förlorar molekylerna energi och sammanfaller så småningom till en kristallstruktur. Vid denna kritiska temperatur, fryspunkten, har molekylerna inte tillräckligt med energi för att undkomma de elektrostatiska bindningarna de utövar mot varandra, så de bosätter sig i ett "vilande" tillstånd som en grupp katter som kramar sig tillsammans för att undkomma vintern kyla. Återigen är det de elektrostatiska attraktionskrafterna de utövar på varandra som får detta att hända.

•••Wavebreakmedia Ltd / Wavebreak Media / Getty Images

Varje löst ämne som löses upp i vatten sänker fryspunkten av en ganska enkel anledning. När ett ämne upplöses omger vattenmolekyler det och binder till det elektrostatiskt. Lösningen ger utrymme mellan vattenmolekylerna och minskar attraktionen de utövar på varandra. Som ett resultat behöver de mindre energi för att bibehålla sin rörelsefrihet och kommer att stanna i flytande tillstånd vid lägre temperaturer.

Detta händer oavsett om de lösta partiklarna är enskilda joner, såsom natrium- och kloridjoner i salt, eller stora, komplexa molekyler som sackaros (bordssocker), som har den kemiska formeln C₁₂H₂₂O₁₁. Med 45 atomer per molekyl separerar inte socker vattenmolekylerna lika effektivt som mindre, starkare laddade joner, varför socker inte sänker smältpunkten lika effektivt som salt. En annan relaterad anledning är att effekten på fryspunkten är beroende av volymen av löst ämne. Eftersom sockermolekyler är så mycket större än saltjoner passar färre av dem i en viss mängd vatten.

•••Vlad Turchenko / iStock / Getty Images

Det är lite felaktigt att säga att socker smälter is. Vad som faktiskt händer är att det sänker fryspunkten så att vattnet kan stanna i flytande tillstånd vid en kallare temperatur. Det gör det genom att ge utrymme mellan vattenmolekylerna och minska deras attraktion mot varandra. Om du slänger socker på is vid -1,1 grader Celsius, smälter isen, men om temperaturen sjunker fryser vattnet så småningom. Den nya fryspunkten är lägre än för rent vatten, men högre än om du kastar salt på isen.