science >> Wetenschap >  >> Chemie

Waarom beïnvloedt suiker het vriespunt van water?

Water bevriest bij 32 graden Fahrenheit (0 graden Celsius), maar wanneer een opgeloste stof zoals suiker wordt toegevoegd, verandert het vriespunt. De suikermoleculen voorkomen dat het water waterstofbruggen maakt, die nodig zijn voor de stevigheid, en het water moet nog kouder worden voordat het zijn vriespunt bereikt.
Vriespunt

De temperatuur waarbij een vloeistof draait in een vaste stof staat bekend als het vriespunt. In theorie moet het smeltpunt van een vaste stof hetzelfde zijn als het vriespunt van de vloeistof. Bij 32 graden Fahrenheit (0 graden Celsius) is er bijvoorbeeld een evenwicht tussen bevriezen van water en smelten van ijs. Moleculen van ijs smelten en moleculen water kleven aan het ijs en worden tegelijkertijd bevroren. Het water ziet er op dit punt bevroren uit.
Watermoleculen

Een watermolecuul bestaat uit één zuurstofatoom en twee waterstofatomen. Temperatuur meet hoeveel energie wordt gecreëerd door bewegende moleculen. Wanneer watermoleculen koud zijn, hebben ze niet veel energie, dus ze bewegen niet veel. In plaats daarvan bewegen ze samen en vormen ze waterstofbruggen om een vaste structuur te creëren die ijs wordt genoemd.
Suiker aan water toevoegen

Wanneer u suiker aan water toevoegt, wordt het water (het oplosmiddel) een oplossing (opgeloste opgeloste stof) in een oplosmiddel). Het toevoegen van suiker verstoort de vloeibare toestand omdat suikermoleculen doelloos bewegen, waardoor de vloeibare watermoleculen minder georganiseerd zijn. Suikermoleculen pakken niet samen met watermoleculen, dus wanneer de watermoleculen beginnen te bevriezen, blijven de suikermoleculen in het vloeibare water. Wanneer de watermoleculen ijs creëren, hebben de suikermoleculen een kleiner volume vloeistof om in te bewegen.
Depressie van het vriespunt

Suikerdeeltjes kunnen alleen oplossen in een vloeibaar oplosmiddel en lossen niet op wanneer het oplosmiddel is in een vaste toestand. Daarom verlaagt het toevoegen van suiker aan water het chemische potentieel van de oplossing, wat ook het vriespunt verlaagt. Met andere woorden, een oplossing van suiker opgelost in water moet worden afgekoeld tot een lagere temperatuur dan het zuivere oplosmiddel om te kunnen bevriezen. Wanneer het vriespunt van een vloeistof wordt verlaagd door de aanwezigheid van een additief, treedt vriespuntverlaging op. Het exacte vriespunt wordt bepaald door de hoeveelheid opgeloste deeltjes opgelost in het oplosmiddel. Hoe meer opgeloste deeltjes er in het water zijn, hoe groter de vriespuntverlaging van de oplossing