L'eau gèle à 32 degrés Fahrenheit (0 degrés Celsius), mais lorsqu'un soluté tel que le sucre est ajouté, le point de congélation change. Les molécules de sucre empêchent l'eau de créer des liaisons hydrogène, nécessaires à la solidité, et l'eau doit devenir encore plus froide avant d'atteindre son point de congélation.
Point de congélation
La température à laquelle un liquide se transforme en solide est appelée son point de congélation. En théorie, le point de fusion d'un solide devrait être le même que le point de congélation du liquide. Par exemple, à 32 degrés Fahrenheit (0 degrés Celsius), il existe un équilibre entre le gel de l'eau et la fonte des glaces. Les molécules de glace fondent et les molécules d'eau adhèrent à la glace et se figent en même temps. L'eau semble gelée à ce stade.
Molécules d'eau
Une molécule d'eau est constituée d'un atome d'oxygène et de deux atomes d'hydrogène. La température mesure la quantité d'énergie créée par les molécules en mouvement. Lorsque les molécules d'eau sont froides, elles n'ont pas beaucoup d'énergie, elles se déplacent donc peu. Au lieu de cela, ils se déplacent ensemble et forment des liaisons hydrogène pour créer une structure solide appelée glace.
Ajouter du sucre à l'eau
Lorsque vous ajoutez du sucre à l'eau, l'eau (le solvant) devient une solution (un soluté dissous dans un solvant). L'ajout de sucre perturbe l'état liquide car les molécules de sucre se déplacent sans but, rendant les molécules d'eau liquide moins organisées. Les molécules de sucre ne s'entassent pas avec les molécules d'eau, donc lorsque les molécules d'eau commencent à geler, les molécules de sucre restent dans l'eau liquide. Lorsque les molécules d'eau créent de la glace, les molécules de sucre ont un plus petit volume de liquide dans lequel se déplacer.
Abaissement du point de congélation
Les particules de sucre ne peuvent se dissoudre que dans un solvant liquide et ne se dissolvent pas lorsque le solvant est à l'état solide. Par conséquent, l'ajout de sucre à l'eau abaisse le potentiel chimique de la solution, ce qui abaisse également son point de congélation. En d'autres termes, une solution de sucre dissous dans l'eau doit être refroidie à une température inférieure à celle du solvant pur pour que la congélation se produise. Lorsque le point de congélation d'un liquide est abaissé par la présence d'un additif, un abaissement du point de congélation se produit. Le point de congélation exact est déterminé par la quantité de particules de soluté dissoutes dans le solvant. Plus il y a de particules de soluté dans l'eau, plus l'abaissement du point de congélation de la solution est important.