Вода замерзає при 32 градусах за Фаренгейтом (0 градусів Цельсія), але коли додається така розчинена речовина, як цукор, температура замерзання змінюється. Молекули цукру заважають воді створювати водневі зв’язки, необхідні для твердості, і вода повинна стати ще холоднішою, перш ніж досягне точки замерзання.
Точка замерзання
Температура, при якій рідина перетворюється на тверду речовину, відома як її точка замерзання. Теоретично температура плавлення твердої речовини повинна бути такою ж, як і температура замерзання рідини. Наприклад, при 32 градусах за Фаренгейтом (0 градусів Цельсія) існує рівновага між замерзанням води та таненням льоду. Молекули льоду тануть, а молекули води прилипають до льоду і одночасно замерзають. У цей момент вода виглядає замерзлою.
Молекули води
Молекула води складається з одного атома кисню та двох атомів водню. Температура вимірює, скільки енергії створюється рухомими молекулами. Коли молекули води холодні, вони не мають багато енергії, тому вони мало рухаються. Натомість вони рухаються разом і утворюють водневі зв’язки, утворюючи тверду структуру, яка називається льодом.
Додавання цукру у воду
Коли ви додаєте у воду цукор, вода (розчинник) стає розчином (розчинена речовина, розчинена у розчиннику). Додавання цукру порушує рідкий стан, оскільки молекули цукру рухаються безцільно, роблячи рідкі молекули води менш організованими. Молекули цукру не упаковуються разом з молекулами води, тому, коли молекули води починають замерзати, молекули цукру залишаються в рідкій воді. Коли молекули води створюють лід, молекули цукру мають менший об’єм рідини, в якій вони можуть рухатися.
Депресія точки замерзання
Частинки цукру здатні розчинятися лише в рідкому розчиннику і не розчиняються, коли розчинник знаходиться в твердому стані. Тому додавання цукру у воду знижує хімічний потенціал розчину, а також знижує його температуру замерзання. Іншими словами, розчин цукру, розчинений у воді, повинен охолоджуватися до нижчої температури, ніж чистий розчинник, щоб відбулося замерзання. Коли температура замерзання рідини знижується через наявність добавки, відбувається зниження температури замерзання. Точна точка замерзання визначається кількістю розчинених у розчиннику частинок розчиненої речовини. Чим більше у воді частинок розчиненої речовини, тим більша депресія точки замерзання розчину.
