Por que o açúcar afeta o ponto de congelamento da água?

A água congela a 32 graus Fahrenheit (0 graus Celsius), mas quando um soluto como o açúcar é adicionado, o ponto de congelamento muda. As moléculas de açúcar evitam que a água faça ligações de hidrogênio, que são necessárias para a solidez, e a água precisa ficar ainda mais fria antes de atingir o ponto de congelamento.

A temperatura na qual um líquido se transforma em sólido é conhecida como seu ponto de congelamento. Em teoria, o ponto de fusão de um sólido deve ser igual ao ponto de congelamento do líquido. Por exemplo, a 32 graus Fahrenheit (0 graus Celsius), há um equilíbrio entre o congelamento da água e o derretimento do gelo. Moléculas de gelo estão derretendo e moléculas de água estão aderindo ao gelo e congelando ao mesmo tempo. A água parece congelada neste ponto.

Uma molécula de água consiste em um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio. A temperatura mede quanta energia é criada por moléculas em movimento. Quando as moléculas de água estão frias, elas não têm muita energia, então não se movem muito. Em vez disso, eles se movem juntos e formam ligações de hidrogênio para criar uma estrutura sólida chamada gelo.

Quando você adiciona açúcar à água, a água (o solvente) se torna uma solução (um soluto dissolvido em um solvente). Adicionar açúcar interrompe o estado líquido porque as moléculas de açúcar se movem sem rumo, tornando as moléculas de água líquida menos organizadas. As moléculas de açúcar não se juntam às moléculas de água, então, quando as moléculas de água começam a congelar, as moléculas de açúcar permanecem na água líquida. Quando as moléculas de água criam gelo, as moléculas de açúcar têm um volume menor de líquido para se mover.

As partículas de açúcar são capazes de se dissolver apenas em um solvente líquido e não se dissolvem quando o solvente está no estado sólido. Portanto, adicionar açúcar à água diminui o potencial químico da solução, o que também diminui seu ponto de congelamento. Em outras palavras, uma solução de açúcar dissolvido em água deve ser resfriada a uma temperatura inferior à do solvente puro para que ocorra o congelamento. Quando o ponto de congelamento de um líquido é reduzido pela presença de um aditivo, ocorre a depressão do ponto de congelamento. O ponto de congelamento exato é determinado pela quantidade de partículas de soluto dissolvidas no solvente. Quanto mais partículas de soluto houver na água, maior será a depressão do ponto de congelamento da solução.