안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
물질이 어느 상태로 있을지는 화학 퍼텐셜, 쉽게 말해 각 상태에서 분자가 느끼는 자유 에너지로 정해져요. 액체와 기체, 액체와 고체 중 이 값이 더 낮은 쪽이 안정하고, 두 값이 같아지는 온도가 끓는점과 어는점이에요.
용질을 넣으면 용매 분자들 사이사이에 다른 입자가 섞여 배치할 수 있는 경우의 수가 늘어나요. 이 혼합 엔트로피만큼 액체 속 용매의 화학 퍼텐셜이 낮아져요. 반면 용질은 보통 증발하지도, 얼음 결정 속으로 들어가지도 않아서 수증기와 얼음 쪽 값은 그대로예요. 액체만 더 안정해지니 끓으려면 온도를 더 올려야 하고 얼리려면 더 내려야 해요.
화학 퍼텐셜이 낮아지는 정도는 RT ln x라는 식으로 표현되는데, 여기서 x는 전체 입자 중 용매가 차지하는 비율이에요. 섞여 있는 입자가 설탕인지 요소인지는 식에 들어가지 않고, 몇 개가 섞였는지만 들어가요. 물 1kg에 입자 1몰이 녹으면 종류와 상관없이 어는점이 약 1.86도 내려가요. 소금은 물에 녹으면 나트륨 이온과 염화 이온 두 개로 나뉘어서 같은 몰수의 설탕보다 어는점을 두 배 가까이 낮춰요 :)