Hvorfor fryser sukker på frysepunktet?

Vand fryser ved 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius), men når et opløst stof som sukker tilsættes, ændres frysepunktet. Sukkermolekylerne forhindrer vandet i at fremstille hydrogenbindinger, som er nødvendige for soliditet, og vandet skal blive endnu koldere, inden det når sin frysepunkt.

Frysepunkt

Temperaturen en væske bliver til et faststof er kendt som dets frysepunkt. I teorien bør smeltepunktet for et faststof være det samme som væskens frysepunkt. For eksempel er der ved 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius) en ligevægt mellem vandfrysning og issmeltning. Ismolekyler smelter, og vandmolekyler klæber til isen og bliver frosset på samme tid. Vandet ser frosset på dette punkt.

Vandmolekyler

Et vandmolekyle består af et oxygenatom og to hydrogenatomer. Temperatur måler, hvor meget energi der skabes af bevægende molekyler. Når vandmolekylerne er kolde, har de ikke meget energi, så de bevæger sig ikke meget rundt. I stedet flytter de sammen og danner hydrogenbindinger for at skabe en solid struktur kaldet is.

Tilsætning af sukker til vand

Når du tilføjer sukker til vand, bliver vandet (opløsningsmidlet) en opløsning ( et opløst opløsemiddel opløst i et opløsningsmiddel). Tilsætning af sukker forstyrrer flydende tilstand, fordi sukkermolekyler bevæger sig rundt målløst, hvilket gør de flydende vandmolekyler mindre organiserede. Sukkermolekyler pakker ikke sammen med vandmolekyler, så når vandmolekylerne begynder at fryse, forbliver sukkermolekylerne i det flydende vand. Når vandmolekylerne opretter is, har sukkermolekylerne et mindre volumen væske, som de skal bevæge sig i.

Frysepunktdepression

Sukkerpartikler kan kun opløses i et flydende opløsningsmiddel og vandt ' t opløses, når opløsningsmidlet er i fast tilstand. Derfor tilsætter sukker til vand det kemiske potentiale af opløsningen, hvilket også sænker dets frysepunkt. Med andre ord skal en opløsning af sukker opløst i vand afkøles til en lavere temperatur end det rene opløsningsmiddel for at frysning skal ske. Når frysepunktet for en væske sænkes ved tilstedeværelsen af ​​et additiv, forekommer frysepunktsdepression. Det nøjagtige frysepunkt bestemmes af mængden af ​​opløste partikler opløst i opløsningsmidlet. Jo mere opløste partikler der er i vandet, desto større er frysepunktets depression af opløsningen