El agua se congela a 32 grados Fahrenheit (0 grados Celsius), pero cuando se agrega un soluto como el azúcar, el punto de congelación cambia. Las moléculas de azúcar evitan que el agua forme enlaces de hidrógeno, que son necesarios para la solidez, y el agua tiene que enfriarse aún más antes de alcanzar su punto de congelación.
Punto de congelación
La temperatura a la que un líquido se convierte en sólido se conoce como su punto de congelación. En teoría, el punto de fusión de un sólido debería ser el mismo que el punto de congelación del líquido. Por ejemplo, a 32 grados Fahrenheit (0 grados Celsius), existe un equilibrio entre el congelamiento del agua y el derretimiento del hielo. Las moléculas de hielo se están derritiendo y las moléculas de agua se adhieren al hielo y se congelan al mismo tiempo. El agua parece congelada en este punto.
Moléculas de agua
Una molécula de agua consta de un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. La temperatura mide cuánta energía se crea al mover moléculas. Cuando las moléculas de agua están frías, no tienen mucha energía, por lo que no se mueven mucho. En cambio, se mueven juntos y forman enlaces de hidrógeno para crear una estructura sólida llamada hielo.
Agregar azúcar al agua
Cuando agrega azúcar al agua, el agua (el solvente) se convierte en una solución (un soluto disuelto en un solvente). Agregar azúcar altera el estado líquido porque las moléculas de azúcar se mueven sin rumbo fijo, lo que hace que las moléculas de agua líquida estén menos organizadas. Las moléculas de azúcar no se juntan con las moléculas de agua, por lo que cuando las moléculas de agua comienzan a congelarse, las moléculas de azúcar permanecen en el agua líquida. Cuando las moléculas de agua crean hielo, las moléculas de azúcar tienen un volumen menor de líquido para moverse.
Depresión del punto de congelación
Las partículas de azúcar pueden disolverse solo en un solvente líquido y no se disolverán cuando el solvente está en estado sólido. Por lo tanto, agregar azúcar al agua reduce el potencial químico de la solución, lo que también reduce su punto de congelación. En otras palabras, una solución de azúcar disuelta en agua debe enfriarse a una temperatura más baja que el solvente puro para que ocurra la congelación. Cuando el punto de congelación de un líquido se reduce por la presencia de un aditivo, se produce una depresión del punto de congelación. El punto de congelación exacto está determinado por la cantidad de partículas de soluto disueltas en el solvente. Cuantas más partículas de soluto haya en el agua, mayor será la depresión del punto de congelación de la solución.