Miks mõjutab suhkur vee külmumistemperatuuri?

Vesi külmub temperatuuril 32 kraadi Fahrenheiti (0 kraadi Celsiuse järgi), kuid kui lisada lahustunud aine nagu suhkur, muutub külmumistemperatuur. Suhkrumolekulid takistavad vees tahkuse saavutamiseks vajalike vesiniksidemete loomist ja vesi peab enne külmumispunkti jõudmist veelgi külmemaks muutuma.

Temperatuuri, mille juures vedelik muutub tahkeks, nimetatakse selle külmumispunktiks. Teoreetiliselt peaks tahke aine sulamistemperatuur olema sama kui vedeliku külmumistemperatuur. Näiteks 32 kraadi Fahrenheiti (0 kraadi Celsiuse järgi) korral on vee külmumise ja jää sulamise vahel tasakaal. Jäämolekulid sulavad ning veemolekulid kleepuvad jää külge ja jäätuvad samal ajal. Vesi tundub selles kohas külmunud.

Veemolekul koosneb ühest hapnikuaatomist ja kahest vesinikuaatomist. Temperatuur mõõdab, kui palju energiaid tekitavad liikuvad molekulid. Kui veemolekulid on külmad, pole neil palju energiat, nii et nad ei liigu palju ringi. Selle asemel liiguvad nad koos ja moodustavad vesiniksidemed, et luua tahke struktuur, mida nimetatakse jääks.

Kui lisate veele suhkrut, muutub vesi (lahusti) lahuseks (lahustis lahustunud soluut). Suhkru lisamine häirib vedelat olekut, kuna suhkru molekulid liiguvad sihitult ringi, muutes vedelate veemolekulide organiseerituse vähemaks. Suhkrumolekulid ei pakendu koos veemolekulidega, nii et kui veemolekulid hakkavad külmuma, jäävad suhkrumolekulid vedelasse vette. Kui veemolekulid loovad jää, on suhkrumolekulidel väiksem vedelikumaht, milles liikuda.

Suhkruosakesed on võimelised lahustuma ainult vedelas lahustis ega lahustu, kui lahusti on tahkis. Seetõttu vähendab suhkru lisamine vette lahuse keemilist potentsiaali, mis vähendab ka selle külmumistemperatuuri. Teisisõnu, külmutamiseks tuleb vees lahustatud suhkru lahus jahutada madalamale temperatuurile kui puhas lahusti. Kui vedeliku külmumistemperatuuri vähendatakse lisandi olemasolu tõttu, tekib külmumistemperatuuri langus. Täpne külmumistemperatuur määratakse lahustis lahustunud lahustunud osakeste koguse järgi. Mida rohkem lahustunud aine osakesi vees on, seda suurem on lahuse külmumistemperatuuri langus.