Voda zamrzá při teplotě 32 stupňů Fahrenheita (0 stupňů Celsia), ale když se přidá solut, jako je cukr, bod tuhnutí se změní. Molekuly cukru brání vodě vytvářet vodíkové vazby, které jsou nutné pro pevnost, a voda musí být ještě chladnější, než dosáhne bodu mrazu.
Bod mrazu
Teplota, při které se kapalina mění na pevnou látku, se označuje jako bod tuhnutí. Teoreticky by teplota tání pevné látky měla být stejná jako teplota tuhnutí kapaliny. Například při teplotě 32 stupňů Fahrenheita (0 stupňů Celsia) existuje rovnováha mezi zamrzáním vody a táním ledu. Molekuly ledu se taví a molekuly vody se lepí na led a zároveň zmrznou. Voda v tomto bodě vypadá zmrzlá.
Molekuly vody
Molekula vody se skládá z jednoho atomu kyslíku a dvou atomů vodíku. Teplota měří, kolik energie se vytváří pohybujícími se molekulami. Když jsou molekuly vody studené, nemají mnoho energie, takže se příliš nepohybují. Místo toho se pohybují společně a vytvářejí vodíkové vazby, aby vytvořili pevnou strukturu zvanou led.
Přidání cukru do vody
Když přidáte cukr do vody, voda (rozpouštědlo) se stane roztokem (solut rozpuštěný v rozpouštědle). Přidání cukru naruší tekutý stav, protože molekuly cukru se bezcílně pohybují, čímž jsou kapalné molekuly vody méně organizované. Molekuly cukru se neshromažďují s molekulami vody, takže když molekuly vody začnou zmrznout, molekuly cukru zůstanou v kapalné vodě. Když molekuly vody vytvoří led, molekuly cukru mají menší objem kapaliny, ve které se mohou pohybovat.
Deprese bodu mrazu
Částice cukru jsou schopné se rozpustit pouze v kapalném rozpouštědle a nerozpustí se, když je rozpouštědlo v pevném stavu. Přidání cukru do vody proto snižuje chemický potenciál roztoku, což také snižuje jeho bod tuhnutí. Jinými slovy, aby mohl dojít ke zmrazení, musí být roztok cukru rozpuštěný ve vodě ochlazen na nižší teplotu než čisté rozpouštědlo. Když se bod tuhnutí kapaliny sníží přítomností aditiva, dojde k poklesu bodu tuhnutí. Přesný bod tuhnutí je určen množstvím rozpuštěných částic v rozpouštědle. Čím více částic ve vodě je ve vodě, tím větší je deprese bodu tuhnutí roztoku.