안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
물에 설탕이나 소금을 녹였을 때 어는점이 낮아지는 이유는 물속에 녹아 있는 용질 입자가 물이 얼음 결정 구조를 이루는 과정에서 화학적으로 방해하기 때문입니다. 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.
순수한 물이 얼 때는 물 분자들끼리 수소 결합을 하며 규칙적인 육각형 모양의 결정 격자를 이루지만, 물속에 설탕이나 소금을 녹이면 용질 입자들이 물 분자 사이사이로 들어가, 이 입자들이 결정 구조를 만드는 과정을 막기 때문에, 장애물을 뚫고 결정이 형성되려면 0°C보다 훨씬 낮은 온도가 필요해집니다. 또한, 소금이 물에 녹으면 나트륨 이온과 염화 이온으로 분리되어, 이 이온들을 빽빽하게 둘러싸는 수화 현상을 일어납니다. 설탕 분자 역시 물 분자와 강한 수소 결합을 형성해 물 분자가 용질 입자와 강하게 결합하면서 액체 상태에 안정적으로 머물려고 하기 때문에, 얼음 결정을 형성하기 위해 용질을 털어내고 빠져나가는 데 더 많은 에너지가 소비됩니다. 이외에도 순수한 물보다 무언가가 녹아 있는 용액이 높은 엔트로피를 가집니다. 액체가 고체가 되는 것은 무질서한 분자들이 정돈된 상태로 변하는 과정입니다. 이미 무질서도가 매우 높아진 용액 상태에서 정돈된 고체로 상태 변화를 일으키려면 순수한 물보다 더 많은 온도를 낮춰야 합니다.