Почему сахар влияет на точку замерзания воды?

Вода замерзает при 32 градусах по Фаренгейту (0 градусам Цельсия), но когда добавляется растворенное вещество, такое как сахар, точка замерзания изменяется. Молекулы сахара не дают воде образовывать водородные связи, которые необходимы для твердости, и вода должна стать еще холоднее, прежде чем достигнет точки замерзания.

Температура, при которой жидкость превращается в твердое тело, называется ее точкой замерзания. Теоретически точка плавления твердого вещества должна быть такой же, как точка замерзания жидкости. Например, при 32 градусах по Фаренгейту (0 градусам Цельсия) существует равновесие между замерзанием воды и таянием льда. Молекулы льда тают, а молекулы воды прилипают ко льду и одновременно замерзают. В этот момент вода выглядит замороженной.

Молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Температура измеряет, сколько энергии создается движущимися молекулами. Когда молекулы воды холодные, у них мало энергии, поэтому они мало двигаются. Вместо этого они движутся вместе и образуют водородные связи, образуя твердую структуру, называемую льдом.

Когда вы добавляете сахар в воду, вода (растворитель) превращается в раствор (растворенное вещество, растворенное в растворителе). Добавление сахара нарушает жидкое состояние, потому что молекулы сахара бесцельно перемещаются, делая молекулы жидкой воды менее организованными. Молекулы сахара не упаковываются вместе с молекулами воды, поэтому, когда молекулы воды начинают замерзать, молекулы сахара остаются в жидкой воде. Когда молекулы воды создают лед, молекулы сахара имеют меньший объем жидкости, в которой они могут двигаться.

Частицы сахара могут растворяться только в жидком растворителе и не растворяются, когда растворитель находится в твердом состоянии. Следовательно, добавление сахара в воду снижает химический потенциал раствора, что также снижает его температуру замерзания. Другими словами, раствор сахара в воде необходимо охладить до более низкой температуры, чем чистый растворитель, чтобы произошло замерзание. Когда точка замерзания жидкости понижается в присутствии добавки, происходит понижение точки замерзания. Точная точка замерзания определяется количеством растворенных в растворителе частиц. Чем больше растворенных частиц содержится в воде, тем больше понижение точки замерзания раствора.