Os governos estaduais e municipais freqüentemente dispensam sal como agente de degelo nas estradas. Ele age diminuindo efetivamente a temperatura de derretimento do gelo. Esse fenômeno - conhecido como depressão do ponto de congelamento - também fornece a base para uma variedade de projetos científicos. Os projetos podem variar de simples a intrincados - completos com previsões matemáticas - dependendo da série do aluno. Além disso, a lista de equipamentos necessários inclui apenas uma panela de molho e um termômetro.
Quando os sólidos se dissolvem na água, eles formam partículas pequenas e discretas. No caso de substâncias orgânicas como o açúcar, as partículas consistem em moléculas individuais de açúcar. No caso de sais, como o sal de cozinha, também conhecido como cloreto de sódio, as partículas consistem nos íons carregados que compõem o sal. A presença de partículas na água interfere na capacidade das moléculas de água de se unirem para formar um sólido à medida que a temperatura da água se aproxima de seu ponto de congelamento. A depressão do ponto de congelamento ocorre em todos os líquidos, não apenas na água.
Um experimentador deve prestar atenção especial ao que exatamente está medindo e como o está medindo. Isso se resume à questão fundamental de fazer as perguntas certas. Nesse caso particular, o experimentador deve se preocupar com o que congela mais rápido ou com a temperatura em que ocorre o congelamento? A questão do que congela mais rápido implica que, se uma amostra de água e uma amostra de água com açúcar fossem colocadas em um freezer simultaneamente, uma delas congelaria antes da outra. Mas que informação isso realmente forneceria? A velocidade com que uma substância congela está relacionada, entre outros parâmetros, à solução capacidade de calor e a quantidade de substância. A melhor escolha neste caso seria medir a temperatura na qual as soluções congelam porque isso responde à questão mais importante: as impurezas na água afetam seu ponto de congelamento e, em caso afirmativo, como Muito de?
Químicos e físicos estabeleceram bem a ciência e a matemática por trás da depressão do ponto de congelamento. Para alunos avançados, ou aqueles com forte interesse em matemática, a equação padrão para a depressão do ponto de congelamento, delta (T), de uma solução é delta (T) = -k * m, onde k representa a constante de depressão do ponto de congelamento molal do solvente e m representa a molalidade da solução, ou moles de partículas divididas pelos quilogramas de solvente. Isso parece mais complicado do que realmente é. Assumindo que a água representa o único solvente usado no experimento, k = 1,86. Além disso, o açúcar, também conhecido como sacarose, exibe um peso molecular de 342,3. A equação para a depressão do ponto de congelamento agora simplifica para delta (T) = -1,86 * (gramas de sacarose / 342,3 / kg de água). Assim, por exemplo, se 10 gramas de sacarose foram dissolvidos em 100 mL de água, então 100 mL = 100 g = 0,100 kg e delta (T) = -1,86 * (10 / 342,3 / 0,1) = -0,54 graus Celsius. Assim, esta solução deve congelar a uma temperatura 0,54 graus Celsius abaixo do ponto de congelamento da água pura.
Reorganizar a equação da Etapa 3 permitiria a um experimentador medir delta (T) e, em seguida, resolver para o peso molecular, MW, da sacarose. Ou seja, MW = (-1,86 * gramas de sacarose) / (delta (T) * kg de água). Na verdade, muitos estudantes de química do ensino médio e universitário conduzem experimentos nos quais determinam experimentalmente o peso molecular de uma substância desconhecida. O método também funciona em relação aos pontos de ebulição, exceto que o valor de k muda para 0,52.