8.4: Kolligative Eigenschaften-Siedepunkthöhe und Gefrierpunktdepression

Gefrierpunktdepression

Der Gefrierpunkt einer Substanz ist die Temperatur, bei der die festen und flüssigen Formen unbegrenzt koexistieren können — das heißt, sie sind im Gleichgewicht. Unter diesen Bedingungen passieren Moleküle zwischen den beiden Phasen mit gleichen Raten, weil ihre entweichenden Tendenzen von den beiden Phasen identisch sind., Angenommen, ein flüssiges Lösungsmittel und sein Feststoff (z. B. Wasser und Eis) sind im Gleichgewicht ( unten), und wir fügen dem Wasser einen nichtflüchtigen gelösten Stoff (z. B. Salz, Zucker oder andere Frostschutzmittel) hinzu. Dies hat den Effekt, den Molanteil von H2O-Molekülen in der flüssigen Phase zu reduzieren und somit die Tendenz dieser Moleküle zu verringern, nicht nur in die Dampfphase (wie wir oben gesehen haben), sondern auch in die feste (Eis -) Phase zu entweichen., Dies hat keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit, mit der H2O-Moleküle aus dem Eis in die Wasserphase entweichen, so dass das System nicht mehr im Gleichgewicht ist und das Eis zu schmelzen beginnt.

Wenn wir den Feststoff vor dem Schmelzen bewahren wollen, muss die austretende Tendenz von Molekülen aus dem Feststoff reduziert werden., Dies kann erreicht werden, indem die Temperatur gesenkt wird; Dies senkt die entweichende Tendenz von Molekülen aus beiden Phasen, beeinflusst jedoch die im Feststoff stärker als die in der Flüssigkeit, sodass wir schließlich den neuen, niedrigeren Gefrierpunkt erreichen, an dem sich die beiden Größen wieder im exakten Gleichgewicht befinden und beide Phasen koexistieren können .

Wenn Sie lieber an Dampfdrücke denken, können Sie dasselbe Argument verwenden, wenn Sie bedenken, dass der Dampfdruck von Feststoff und Flüssigkeit am Gefrierpunkt gleich sein muss., Die Verdünnung der Flüssigkeit (des Lösungsmittels) durch den nichtflüchtigen gelösten Stoff verringert den Dampfdruck des Lösungsmittels gemäß Raoults Gesetz und verringert so die Temperatur, bei der die Dampfdrücke der flüssigen und gefrorenen Formen der Lösung gleich sind. Wie bei der Siedepunkterhöhung besteht in verdünnten Lösungen eine einfache lineare Beziehung zwischen der Gefrierpunktabsenkung und der Molalität des gelösten Stoffes:

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Beachten Sie, dass Kf-Werte alle negativ sind!

Salzstraßen

Die Verwendung von Salz zur Enteisung von Straßen ist eine gängige Anwendung dieses Prinzips., Die Lösung, die gebildet wird, wenn sich ein Teil des Salzes im feuchten Eis auflöst, reduziert den Gefrierpunkt des Eises. Wenn der Gefrierpunkt unter die Umgebungstemperatur fällt, schmilzt das Eis. Bei sehr kaltem Wetter kann die Umgebungstemperatur unter der der Salzlösung liegen, und das Salz hat keine Wirkung.,d=“3d8b2121c5″>

Beispiel \(\pageIndex{2}\)

Schätzen Sie den Gefrierpunkt einer Frostschutzmittelmischung, indem Sie ein Volumen Ethylenglykol (MW = 62, Dichte 1,11 g cm–3) mit zwei Volumen Wasser kombinieren.

Lösung

Angenommen, wir verwenden 1 L Glykol und 2 L Wasser (die tatsächlichen Volumina spielen keine Rolle, solange ihre Verhältnisse wie angegeben sind.) Die Masse des Glykols beträgt 1,10 kg und die des Wassers 2,0 kg, so dass die Gesamtmasse der Lösung 3,11 kg beträgt. Wir haben dann:

• Anzahl der Mol Glykol: (1110 g) ÷ (62 g mol–1) = 17.,9 mol
• molalität von Glykol: (17.9 mol) ÷ (2,00 kg) = 8.95 mol kg–1
• Gefrierpunkt depression: ΔTF = (-1.86 K kg–1 mol) × (8.95 mol kg–1) = -16.6 K, so dass die Lösung gefrieren bei etwa -17°C.