L'acqua congela a 32 gradi Fahrenheit (0 gradi Celsius), ma quando si aggiunge un soluto come lo zucchero, il punto di congelamento cambia. Le molecole di zucchero impediscono all'acqua di creare legami a idrogeno, che sono necessari per la solidità, e l'acqua deve diventare ancora più fredda prima che raggiunga il punto di congelamento.

Punto di congelamento

La temperatura alla quale un liquido che si trasforma in un solido è noto come punto di congelamento. In teoria, il punto di fusione di un solido dovrebbe essere lo stesso del punto di congelamento del liquido. Ad esempio, a 32 gradi Fahrenheit (0 gradi Celsius), c'è un equilibrio tra il congelamento dell'acqua e la fusione del ghiaccio. Molecole di ghiaccio si stanno sciogliendo e le molecole d'acqua si attaccano al ghiaccio e si congelano allo stesso tempo. L'acqua sembra congelata a questo punto.

Molecole d'acqua

Una molecola d'acqua è composta da un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno. La temperatura misura quanta energia viene creata spostando le molecole. Quando le molecole d'acqua sono fredde, non hanno molta energia, quindi non si muovono molto. Invece, si muovono insieme e formano legami di idrogeno per creare una solida struttura chiamata ghiaccio.

Aggiungere lo zucchero all'acqua

Quando aggiungi lo zucchero all'acqua, l'acqua (il solvente) diventa una soluzione ( un soluto sciolto in un solvente). L'aggiunta di zucchero interrompe lo stato liquido perché le molecole di zucchero si muovono senza scopo, rendendo le molecole d'acqua liquide meno organizzate. Le molecole di zucchero non si impacchettano insieme con le molecole d'acqua, quindi quando le molecole d'acqua iniziano a congelarsi, le molecole di zucchero rimangono nell'acqua liquida. Quando le molecole d'acqua creano il ghiaccio, le molecole di zucchero hanno un volume più piccolo di liquido in cui muoversi.

Depressione del punto di congelamento

Le particelle di zucchero sono in grado di dissolversi solo in un solvente liquido e hanno vinto t sciogliere quando il solvente si trova allo stato solido. Pertanto, aggiungere zucchero all'acqua riduce il potenziale chimico della soluzione, che riduce anche il suo punto di congelamento. In altre parole, una soluzione di zucchero disciolto in acqua deve essere raffreddata a una temperatura inferiore a quella del solvente puro per consentire il congelamento. Quando il punto di congelamento di un liquido viene abbassato dalla presenza di un additivo, si verifica una depressione del punto di congelamento. Il punto esatto di congelamento è determinato dalla quantità di particelle di soluto disciolte nel solvente. Più particelle solute ci sono nell'acqua, maggiore è la depressione del punto di congelamento della soluzione.