غالبًا ما تقوم حكومات الولايات والبلديات بتوزيع الملح كعامل لإزالة الجليد على الطرق. إنه يعمل عن طريق خفض درجة حرارة ذوبان الجليد بشكل فعال. هذه الظاهرة - المعروفة باسم انخفاض نقطة التجمد - توفر أيضًا الأساس لمجموعة متنوعة من المشاريع العلمية. يمكن أن تتراوح المشاريع من بسيطة إلى معقدة - كاملة مع تنبؤات رياضية - اعتمادًا على مستوى الصف الدراسي للطالب. علاوة على ذلك ، تشتمل قائمة المعدات المطلوبة فقط على قدر للصلصة ومقياس حرارة.
عندما تذوب المواد الصلبة في الماء ، فإنها تشكل جزيئات صغيرة منفصلة. في حالة المواد العضوية مثل السكر ، تتكون الجزيئات من جزيئات سكر فردية. في حالة الأملاح ، مثل ملح الطعام ، المعروف أيضًا باسم كلوريد الصوديوم ، تتكون الجزيئات من الأيونات المشحونة التي يتكون منها الملح. يتعارض وجود الجزيئات في الماء مع قدرة جزيئات الماء على الارتباط معًا لتشكيل مادة صلبة مع اقتراب درجة حرارة الماء من نقطة التجمد. يحدث انخفاض نقطة التجمد في جميع السوائل ، وليس الماء فقط.
يجب على المجرب أن يولي اهتمامًا خاصًا لما تقيسه بالضبط وكيف تقيسه. هذا يعود إلى القضية الأساسية المتمثلة في طرح الأسئلة الصحيحة. في هذه الحالة بالذات ، هل ينبغي للمختبِر أن يهتم بما يتجمد بشكل أسرع ، أو درجة الحرارة التي يحدث عندها التجميد؟ إن مسألة ما الذي يتجمد بشكل أسرع يعني أنه إذا تم وضع عينة من الماء وعينة من ماء السكر في المجمد في وقت واحد ، فإن أحدهما سيتجمد قبل الآخر. ولكن ما هي المعلومات التي سيوفرها ذلك بالفعل؟ ترتبط السرعة التي تتجمد بها المادة ، من بين عوامل أخرى ، بالمحلول
السعة الحرارية وكمية المادة. سيكون الخيار الأفضل في هذه الحالة هو قياس درجة الحرارة التي تتجمد فيها المحاليل بسبب هذا يجيب على السؤال الأهم: هل تؤثر الشوائب في الماء على درجة التجمد وإذا كان الأمر كذلك فكيف كثير؟لقد أسس الكيميائيون والفيزيائيون العلم والرياضيات وراء انخفاض نقطة التجمد. بالنسبة للطلاب المتقدمين ، أو أولئك الذين لديهم اهتمام كبير بالرياضيات ، فإن المعادلة القياسية لانخفاض نقطة التجمد ، دلتا (T) ، للحل هي دلتا (T) = -k * م ، حيث يمثل k ثابت اكتئاب نقطة التجمد الجزيئي للمذيب ويمثل m مولالية المحلول ، أو مولات الجسيمات مقسومة على كيلوجرام من مذيب. يبدو هذا أكثر تعقيدًا مما هو عليه في الواقع. بافتراض أن الماء يمثل المذيب الوحيد المستخدم في التجربة ، k = 1.86. علاوة على ذلك ، يُظهر السكر ، المعروف أيضًا باسم السكروز ، وزنًا جزيئيًا قدره 342.3. يتم الآن تبسيط معادلة انخفاض نقطة التجمد إلى دلتا (T) = -1.86 * (غرام السكروز / 342.3 / كجم من الماء). لذلك ، على سبيل المثال ، إذا تم إذابة 10 جرام من السكروز في 100 مل من الماء ، فإن 100 مل = 100 جم = 0.100 كجم ، ودلتا (T) = -1.86 * (10 / 342.3 / 0.1) = -0.54 درجة مئوية. وبالتالي ، يجب أن يتجمد هذا المحلول عند درجة حرارة 0.54 درجة مئوية تحت درجة تجمد الماء النقي.
ستسمح إعادة ترتيب المعادلة من الخطوة 3 للمُجرب بقياس دلتا (T) ثم حل الوزن الجزيئي ، MW ، للسكروز. أي MW = (-1.86 * جرام من السكروز) / (دلتا (T) * كجم ماء). في الواقع ، يجري العديد من طلاب الكيمياء في المدارس الثانوية والكليات تجارب يحددون فيها تجريبياً الوزن الجزيئي لمادة غير معروفة. تعمل الطريقة أيضًا فيما يتعلق بنقاط الغليان ، باستثناء قيمة k تتغير إلى 0.52.