Чому цукор тане лід?

•••Modfos / iStock / GettyImages

Поширена практика розповсюдження льоду на проїжджих частинах для розтоплення зимового льоду, але за відсутності льоду ви можете також використовувати цукор. Насправді ви можете використовувати будь-яку речовину, яка розчиняється у воді. Цукор не буде працювати так само добре, як сіль, і існує проблема всієї тієї липкої води, яка перетворює придорожній грязь на таффі. Але оскільки це знижує температуру замерзання води, лід тане, поки зовнішня температура не надто холодна. Причиною цього є те, що будь-яка розчинена у воді розчинена речовина перешкоджає здатності молекул води зливатися в тверду форму.

TL; ДР (занадто довгий; Не читав)

Цукор знижує температуру замерзання води, зв'язуючись з молекулами води і створюючи більше простору між ними. Це допомагає їм подолати електростатичні сили, що зв’язують їх у тверду структуру. Те саме стосується будь-якої речовини, яка розчиняється у воді.

•••Фото Джонатана Персі на Unsplash

Коли вода знаходиться в твердому стані льоду, молекули зв’язуються між собою в кристалічну структуру, з якої жодна з них не має енергії, щоб вийти. З підвищенням температури молекули отримують вібраційну енергію та свободу руху. У критичній точці вони можуть звільнитися від електростатичних сил, що зв’язують їх із кристалічною структурою, і вільніше рухатися в рідкому стані. Ви добре знаєте цю критичну точку, оскільки це температура плавлення при 32 градусах за Фаренгейтом (0 градусів Цельсія).

Коли вода знаходиться в рідкому стані, і ви знижуєте температуру, молекули втрачають енергію і з часом зливаються в кристалічну структуру. При цій критичній температурі, точці замерзання, молекулам не вистачає енергії для виходу з електростатичних зв’язків вони роблять навантаження один на одного, тому вони осідають у "сплячому" стані, як група котів, що туляться, щоб уникнути зими озноб. Знову ж таки, саме електростатичні сили притягання, які вони діють один на одного, спричиняють це.

•••Wavebreakmedia Ltd / Wavebreak Media / Getty Images

Будь-яка розчинена речовина, яка розчиняється у воді, знижує температуру замерзання з досить простої причини. Коли речовина розчиняється, молекули води оточують її і зв’язуються з нею електростатично. Розчинена речовина забезпечує простір між молекулами води і зменшує притягання, яке вони чинять один на одного. Як результат, їм потрібно менше енергії, щоб підтримувати свободу пересування, і вони залишатимуться в рідкому стані при нижчих температурах.

Це відбувається, незалежно від того, є частинки розчиненої речовини окремими іонами, такими як іони натрію та хлориду в солі, або великими складними молекулами, такими як сахароза (столовий цукор), яка має хімічну формулу С₁₂H₂₂О₁₁. Маючи 45 атомів на молекулу, цукор не так ефективно розділяє молекули води, як менші, сильніше заряджені іони, саме тому цукор не знижує температуру плавлення так ефективно, як сіль. Інша пов’язана причина полягає в тому, що вплив на температуру замерзання залежить від об’єму розчиненої речовини. Оскільки молекули цукру набагато більші за іони солі, менша їх кількість вміщується у заданій кількості води.

•••Влад Турченко / iStock / Getty Images

Трохи неточно сказати, що цукор тане лід. Насправді відбувається те, що це знижує температуру замерзання, тому вода може залишатися в рідкому стані при більш холодній температурі. Він робить це, забезпечуючи простір між молекулами води і зменшуючи їх притягання один до одного. Якщо кинути цукор на лід при температурі 30 градусів за Фаренгейтом (-1,1 градуса Цельсія), лід розтане, але якщо температура опуститься нижче, вода з часом замерзне. Нова точка замерзання нижча, ніж у чистої води, але вище, ніж це було б, якби ви кидали сіль на лід.