Het is gebruikelijk om ijs op wegen te smelten om winterijs te smelten, maar als er geen ijs is, kun je ook suiker gebruiken. In feite zou je elke stof kunnen gebruiken die in water oplost. Suiker zou niet zo goed werken als zout, en er is de kwestie van al dat kleverige water dat langs de kant van de weg tjokert. Maar omdat het het vriespunt van water verlaagt, smelt ijs, zolang de buitentemperatuur niet te koud is. De reden dat dit gebeurt is dat elke opgeloste stof opgelost in water het vermogen van de watermoleculen om in een vaste vorm te coalesceren verstoort.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Suiker verlaagt het vriespunt van water door zich te binden aan de watermoleculen en meer ruimte ertussen te creëren. Dit helpt ze de elektrostatische krachten te overwinnen die ze in een solide structuur binden. Hetzelfde geldt voor elke stof die in water oplost.

Van water en ijs

Als water zich in de vaste staat van ijs bevindt, binden de moleculen zich met elkaar in een kristalstructuur waaruit geen van hen heeft de energie om te ontsnappen. Naarmate de temperatuur stijgt, krijgen de moleculen vibratie-energie en bewegingsvrijheid. Op een kritisch punt kunnen ze zich bevrijden van de elektrostatische krachten die ze in een kristallijne structuur binden en vrijer in vloeibare toestand rond bewegen. Je kent dit kritieke punt goed, want het is het smeltpunt bij 32 graden Fahrenheit (0 graden Celsius).

Als water in vloeibare toestand is en je de temperatuur verlaagt, verliezen de moleculen energie en vormen ze uiteindelijk een samensmelting tot een kristal structuur. Bij deze kritieke temperatuur, het vriespunt, hebben de moleculen niet genoeg energie om te ontsnappen aan de elektrostatische bindingen die ze op elkaar uitoefenen, dus vestigen ze zich in een "slapende" toestand zoals een groep katten die bij elkaar komen om aan de winterkou te ontsnappen. Nogmaals, het zijn de elektrostatische aantrekkingskrachten die ze op elkaar uitoefenen die ervoor zorgen dat dit gebeurt.

Een beetje suiker toevoegen

Elke opgeloste stof die in water zal oplossen verlaagt het vriespunt voor een vrij eenvoudige reden. Wanneer een stof oplost, omgeven watermoleculen hem en binden zich elektrostatisch daaraan. De opgeloste stof biedt ruimte tussen de watermoleculen en vermindert de aantrekkingskracht die ze op elkaar uitoefenen. Als gevolg hiervan hebben ze minder energie nodig om hun bewegingsvrijheid te behouden en blijven ze in vloeibare toestand bij lagere temperaturen.

Dit gebeurt of de opgeloste deeltjes individuele ionen zijn, zoals de natrium- en chloride-ionen in zout of grote, complexe moleculen zoals sucrose (tafelsuiker), die de chemische formule C, 12H, 22O, 11 heeft. Met 45 atomen per molecuul scheidt suiker de watermoleculen niet zo effectief als kleinere, sterker geladen ionen, waardoor suiker het smeltpunt niet zo effectief verlaagt als zout. Een andere gerelateerde reden is dat het effect op het vriespunt afhankelijk is van het volume opgeloste stof. Omdat suikermoleculen zo veel groter zijn dan zoutionen, zullen minder van hen in een bepaalde hoeveelheid water passen.

Suiker smelt niet echt ijs

Het is een beetje onnauwkeurig om te zeggen dat suiker smelt ijs. Wat er feitelijk gebeurt, is dat het het vriespunt verlaagt, zodat water bij een koudere temperatuur in vloeibare toestand kan blijven. Het doet dit door ruimte te bieden tussen de watermoleculen en hun aantrekkingskracht op elkaar te verkleinen. Als je suiker op 30 graden Fahrenheit (-1.1 graden Celsius) op ijs gooit, smelt het ijs, maar als de temperatuur lager wordt, bevriest het water uiteindelijk. Het nieuwe vriespunt is lager dan dat van zuiver water, maar hoger dan het zou zijn als je zout op het ijs gooit.