Γιατί η ζάχαρη επηρεάζει το σημείο πήξης του νερού;

Το νερό παγώνει στους 32 βαθμούς Φαρενάιτ (0 βαθμούς Κελσίου), αλλά όταν προστίθεται μια διαλυμένη ουσία όπως η ζάχαρη, το σημείο πήξης αλλάζει. Τα μόρια σακχάρου εμποδίζουν το νερό να δημιουργεί δεσμούς υδρογόνου, οι οποίοι απαιτούνται για στερεότητα, και το νερό πρέπει να γίνει ακόμη πιο κρύο πριν φτάσει στο σημείο πήξης.

Η θερμοκρασία στην οποία ένα υγρό μετατρέπεται σε στερεό είναι γνωστή ως το σημείο πήξης του. Θεωρητικά, το σημείο τήξης ενός στερεού πρέπει να είναι το ίδιο με το σημείο πήξης του υγρού. Για παράδειγμα, στους 32 βαθμούς Φαρενάιτ (0 βαθμούς Κελσίου), υπάρχει μια ισορροπία μεταξύ της κατάψυξης του νερού και της τήξης του πάγου. Τα μόρια του πάγου λιώνουν και μόρια νερού κολλούν στον πάγο και καταψύχονται ταυτόχρονα. Το νερό φαίνεται παγωμένο σε αυτό το σημείο.

Ένα μόριο νερού αποτελείται από ένα άτομο οξυγόνου και δύο άτομα υδρογόνου. Η θερμοκρασία μετρά πόση ενέργεια δημιουργείται από τα κινούμενα μόρια. Όταν τα μόρια του νερού είναι κρύα, δεν έχουν πολλή ενέργεια, επομένως δεν κινούνται πολύ. Αντ 'αυτού, κινούνται μαζί και σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου για να δημιουργήσουν μια στερεή δομή που ονομάζεται πάγος.

Όταν προσθέτετε ζάχαρη στο νερό, το νερό (ο διαλύτης) γίνεται διάλυμα (μια διαλυμένη ουσία διαλυμένη σε έναν διαλύτη). Η προσθήκη ζάχαρης διαταράσσει την υγρή κατάσταση επειδή τα μόρια σακχάρου κινούνται άσκοπα, καθιστώντας τα μόρια υγρού νερού λιγότερο οργανωμένα. Τα μόρια ζάχαρης δεν συσκευάζονται μαζί με μόρια νερού, οπότε όταν τα μόρια νερού αρχίζουν να παγώνουν, τα μόρια σακχάρου παραμένουν στο υγρό νερό. Όταν τα μόρια του νερού δημιουργούν πάγο, τα μόρια σακχάρου έχουν μικρότερο όγκο υγρού για να μετακινηθούν.

Τα σωματίδια σακχάρου είναι ικανά να διαλύονται μόνο σε υγρό διαλύτη και δεν διαλύονται όταν ο διαλύτης είναι σε στερεή κατάσταση. Επομένως, η προσθήκη ζάχαρης στο νερό μειώνει το χημικό δυναμικό του διαλύματος, το οποίο επίσης μειώνει το σημείο πήξης. Με άλλα λόγια, ένα διάλυμα ζάχαρης διαλυμένο σε νερό πρέπει να ψύχεται σε χαμηλότερη θερμοκρασία από τον καθαρό διαλύτη για να συμβεί η κατάψυξη. Όταν το σημείο πήξης ενός υγρού μειώνεται από την παρουσία ενός πρόσθετου, εμφανίζεται κατάθλιψη σημείου πήξης. Το ακριβές σημείο ψύξης καθορίζεται από την ποσότητα των σωματιδίων διαλυμένης ουσίας που διαλύονται στον διαλύτη. Όσο περισσότερα σωματίδια διαλυμένης ουσίας υπάρχουν στο νερό, τόσο μεγαλύτερη είναι η κατάθλιψη του σημείου πήξης του διαλύματος.