砂糖が水の凝固点に影響を与えるのはなぜですか？

水は華氏32度（摂氏0度）で凍結しますが、砂糖などの溶質を加えると凝固点が変化します。 糖分子は、水が固さのために必要な水素結合を作るのを防ぎ、水が凝固点に達する前にさらに冷たくなる必要があります。

液体が固体に変わる温度は、その凝固点として知られています。 理論的には、固体の融点は液体の凝固点と同じでなければなりません。 たとえば、華氏32度（摂氏0度）では、水の凍結と氷の融解の間に平衡があります。 氷の分子が溶け、水の分子が氷にくっつき、同時に凍っています。 この時点で水は凍っているように見えます。

水分子は、1つの酸素原子と2つの水素原子で構成されています。 温度は、分子を動かすことによって生成されるエネルギーの量を測定します。 水分子が冷たいときは、エネルギーがあまりないので、動き回ることはあまりありません。 代わりに、それらは一緒に移動して水素結合を形成し、氷と呼ばれる固体構造を作成します。

水に砂糖を加えると、水（溶媒）が溶液（溶媒に溶けた溶質）になります。 砂糖を加えると、砂糖分子が意図せずに動き回り、液体の水分子の組織化が低下するため、液体の状態が乱れます。 糖分子は水分子と一緒にパックされないので、水分子が凍結し始めると、糖分子は液体の水に残ります。 水分子が氷を作るとき、砂糖分子は移動する液体の量が少なくなります。

糖粒子は液体溶媒にのみ溶解でき、溶媒が固体状態の場合は溶解しません。 したがって、水に砂糖を加えると、溶液の化学ポテンシャルが低下し、凝固点も低下します。 言い換えれば、水に溶解した砂糖の溶液は、凍結が起こるために純粋な溶媒よりも低い温度に冷却されなければなりません。 添加剤の存在により液体の凝固点が低下すると、凝固点降下が発生します。 正確な凝固点は、溶媒に溶解した溶質粒子の量によって決まります。 水中に溶質粒子が多いほど、溶液の凝固点降下が大きくなります。