Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

Hvorfor er sukker smeltet is?

Det er almindeligt at sprede is på vejbaner for at smelte vinteris, men i mangel af is kan du også bruge sukker. Faktisk kan du bruge ethvert stof, som opløses i vand. Sukker ville ikke virke så godt som salt, og der er spørgsmålet om alt det klæbrige vand, der drejer langs vejen ind i taffy. Men da det sænker vandets frysepunkt, vil isen smelte, så længe udetemperaturen ikke er for kold. Årsagen til dette er, at ethvert opløst opløsemiddel i vand forstyrrer vandmolekylernes evne til at samle sig i en fast form.

TL; DR (for lang tid, ikke læst)

Sukker sænker frysepunktet ved at binde med vandmolekylerne og skabe mere plads mellem dem. Dette hjælper dem med at overvinde de elektrostatiske kræfter, der binder dem til en solid struktur. Det samme gælder for ethvert stof, der opløses i vand.

Af vand og is

Når vand er i isens solide, binder molekylerne hinanden i en krystalstruktur, hvorfra ingen af ​​dem har energi til at undslippe. Når temperaturen stiger, får molekylerne vibrations energi og bevægelsesfrihed. På et kritisk punkt kan de bryde fri for de elektrostatiske kræfter, der binder dem til en krystallinsk struktur og bevæger sig mere frit i flydende tilstand. Du kender dette kritiske punkt godt, da det er smeltepunktet ved 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius).

Når vandet er i flydende tilstand, og du sænker temperaturen, mister molekylerne energi og til sidst samles i en krystal struktur. Ved denne kritiske temperatur, frysepunktet, har molekylerne ikke tilstrækkelig energi til at undslippe de elektrostatiske bindinger, de udøver på hinanden, så de slår sig i en "sovende" tilstand som en gruppe katte, der slår sammen for at undslippe vinteren chill. Igen er det de elektrostatiske kræfter af tiltrækning, de udøver på hinanden, som får det til at ske.

Tilføj en lille sukker

Ethvert opløst stof, som opløses i vand, sænker frysepunktet for en ret simpel grund. Når et stof opløses, omgiver det vandmolekyler det og binder det elektrostatisk. Opløsningen giver plads mellem vandmolekylerne og reducerer den tiltrækning, de udøver på hinanden. Som følge heraf behøver de mindre energi til at opretholde deres bevægelsesfrihed og forblive i flydende tilstand ved lavere temperaturer.

Dette sker, om de opløste partikler er individuelle ioner, såsom natrium- og chloridioner i salt eller store komplekse molekyler som saccharose (bordsukker), som har kemisk formel C 12H 22O 11. Med 45 atomer pr. Molekyle adskiller sukker ikke vandmolekylerne lige så effektivt som mindre stærkere ioner, hvorfor sukker ikke sænker smeltepunktet så effektivt som salt. En anden relateret årsag er, at virkningen på frysepunktet afhænger af volumenet af opløst stof. Fordi sukkermolekyler er så meget større end saltioner, vil færre af dem passe ind i en given mængde vand.

Sukker smelter ikke rigtig is

Det er lidt unøjagtigt at sige at sukker smelter is. Hvad der faktisk sker er, at det sænker frysepunktet, så vandet kan forblive i flydende tilstand ved en koldere temperatur. Det gør det ved at give plads mellem vandmolekylerne og reducere deres attraktion på hinanden. Hvis du smider sukker på is ved 30 grader Fahrenheit (-1,1 grader Celsius), vil isen smelte, men hvis temperaturen falder lavere, vil vandet til sidst fryse. Det nye frysepunkt er lavere end rent vand, men højere end det ville være, hvis du smed salt på isen.

Klik for at udvide hele teksten