Hvorfor påvirker sukker frysepunktet for vann?

Vann fryser ved 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius), men når det tilsettes et løsemiddel som sukker, endres frysepunktet. Sukkermolekylene hindrer vannet i å lage hydrogenbindinger, som kreves for soliditet, og vannet må bli enda kaldere før det når frysepunktet.

Temperaturen der en væske blir til et fast stoff er kjent som dets frysepunkt. I teorien bør smeltepunktet til et fast stoff være det samme som væskens frysepunkt. For eksempel, ved 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius), er det en likevekt mellom vannfrysing og issmelting. Molekyler av is smelter, og vannmolekyler holder seg til isen og blir frossen samtidig. Vannet ser frossent ut på dette punktet.

Et vannmolekyl består av ett oksygenatom og to hydrogenatomer. Temperaturen måler hvor mye energi som skapes av bevegelige molekyler. Når vannmolekyler er kalde, har de ikke mye energi, så de beveger seg ikke mye. I stedet beveger de seg sammen og danner hydrogenbindinger for å skape en solid struktur som kalles is.

Når du tilsetter sukker i vann, blir vannet (løsningsmidlet) en løsning (et løsemiddel oppløst i et løsemiddel). Tilsetning av sukker forstyrrer flytende tilstand fordi sukkermolekyler beveger seg uten mål, noe som gjør væskevannsmolekylene mindre organisert. Sukkermolekyler pakker ikke sammen med vannmolekyler, så når vannmolekylene begynner å fryse, forblir sukkermolekylene i det flytende vannet. Når vannmolekylene lager is, har sukkermolekylene et mindre volum væske å bevege seg på.

Sukkerpartikler kan bare oppløses i et flytende løsningsmiddel og vil ikke oppløses når løsningsmidlet er i fast tilstand. Derfor tilfører sukker til vann det kjemiske potensialet i løsningen, noe som også senker frysepunktet. Med andre ord må en løsning av sukker oppløst i vann avkjøles til en lavere temperatur enn det rene løsningsmidlet for at frysing skal skje. Når frysepunktet til en væske senkes ved tilstedeværelse av et tilsetningsstoff, oppstår frysepunktdepresjon. Det nøyaktige frysepunktet bestemmes av mengden oppløste partikler oppløst i løsningsmidlet. Jo flere oppløste partikler det er i vannet, jo større er frysepunktsnedtrykket av løsningen.