L'acqua si congela a 32 gradi Fahrenheit (0 gradi Celsius), ma quando viene aggiunto un soluto come lo zucchero, il punto di congelamento cambia. Le molecole di zucchero impediscono all'acqua di formare legami idrogeno, necessari per la solidità, e l'acqua deve diventare ancora più fredda prima di raggiungere il punto di congelamento.
Punto di congelamento
La temperatura alla quale un liquido si trasforma in solido è nota come punto di congelamento. In teoria, il punto di fusione di un solido dovrebbe essere lo stesso del punto di congelamento del liquido. Ad esempio, a 32 gradi Fahrenheit (0 gradi Celsius), c'è un equilibrio tra il congelamento dell'acqua e lo scioglimento del ghiaccio. Le molecole di ghiaccio si stanno sciogliendo e le molecole d'acqua si attaccano al ghiaccio e allo stesso tempo si congelano. L'acqua sembra ghiacciata a questo punto.
Molecole d'acqua
Una molecola d'acqua è costituita da un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno. La temperatura misura quanta energia viene creata muovendo le molecole. Quando le molecole d'acqua sono fredde, non hanno molta energia, quindi non si muovono molto. Invece, si muovono insieme e formano legami idrogeno per creare una struttura solida chiamata ghiaccio.
Aggiungere lo zucchero all'acqua
Quando aggiungi lo zucchero all'acqua, l'acqua (il solvente) diventa una soluzione (un soluto sciolto in un solvente). L'aggiunta di zucchero interrompe lo stato liquido perché le molecole di zucchero si muovono senza meta, rendendo le molecole di acqua liquida meno organizzate. Le molecole di zucchero non si uniscono alle molecole d'acqua, quindi quando le molecole d'acqua iniziano a congelarsi, le molecole di zucchero rimangono nell'acqua liquida. Quando le molecole d'acqua creano ghiaccio, le molecole di zucchero hanno un volume di liquido più piccolo in cui muoversi.
Depressione del punto di congelamento
Le particelle di zucchero sono in grado di dissolversi solo in un solvente liquido e non si dissolvono quando il solvente è allo stato solido. Pertanto, l'aggiunta di zucchero all'acqua riduce il potenziale chimico della soluzione, che abbassa anche il suo punto di congelamento. In altre parole, una soluzione di zucchero disciolta in acqua deve essere raffreddata ad una temperatura inferiore a quella del solvente puro affinché avvenga il congelamento. Quando il punto di congelamento di un liquido viene abbassato dalla presenza di un additivo, si verifica la depressione del punto di congelamento. L'esatto punto di congelamento è determinato dalla quantità di particelle di soluto disciolte nel solvente. Più particelle di soluto ci sono nell'acqua, maggiore è la depressione del punto di congelamento della soluzione.
