Bir öğrenci laboratuvarda saf su ve tuzlu su örneklerini aynı koşullarda soğutuyor. Gözlemlediği donma süreçleri ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?
A) Her iki sıvı da aynı sıcaklıkta donmaya başlarSevgili öğrenciler, bu soru, maddelerin donma noktalarını etkileyen önemli bir bilimsel prensibi anlamamızı gerektiriyor. Özellikle saf maddeler ile karışımların (çözeltilerin) donma davranışları arasındaki farka odaklanacağız.
Saf su, sadece $\text{H}_2\text{O}$ moleküllerinden oluşan bir maddedir. Standart atmosfer basıncında, saf su $0^\circ C$ (sıfır santigrat derece) sıcaklıkta donmaya başlar. Bu sıcaklıkta, su molekülleri düzenli bir kristal yapı oluşturarak katı hale (buz) geçer.
Tuzlu su, suyun içine tuz (sodyum klorür gibi) çözünmesiyle oluşan bir karışımdır, yani bir çözeltidir. Tuz, suyun içinde iyonlarına ayrışarak dağılır.
Bir çözücüye (bu durumda su) uçucu olmayan bir madde (bu durumda tuz) eklendiğinde, çözeltinin donma noktası saf çözücünün donma noktasından daha düşük olur. Bu olaya "donma noktası alçalması" denir ve koligatif özelliklerden biridir. Koligatif özellikler, çözeltideki çözünen madde miktarının (parçacık sayısının) bir fonksiyonu olan özelliklerdir, çözünen maddenin kimliğine bağlı değildir.
Tuzlu suda, çözünmüş tuz iyonları (sodyum ve klor iyonları) su moleküllerinin arasına karışır. Bu iyonlar, su moleküllerinin düzenli bir kristal yapı (buz) oluşturmasını zorlaştırır. Su moleküllerinin katı hale geçebilmesi için, bu iyonların etkisini aşacak kadar daha fazla enerji kaybetmeleri, yani daha düşük bir sıcaklığa soğutulmaları gerekir. Bu nedenle, tuzlu suyun donmaya başlaması için sıcaklığın $0^\circ C$'nin altına düşmesi gerekir.
Yukarıdaki açıklamalara göre, saf su $0^\circ C$'de donarken, tuzlu su $0^\circ C$'den daha düşük bir sıcaklıkta donmaya başlar.
Bu durumda, doğru ifade tuzlu suyun daha düşük sıcaklıkta donmaya başladığıdır.
Cevap D seçeneğidir.