Frysepunktsdepresjon
Rysepunktnedsettende ( GPE ) (også med smeltepunktnedsettelse ( SPE ) eller smeltepunktnedsettelse ( SPD )) beskriver det fenomen at smeltepunktet av løsninger er lavere enn smeltepunktet for rent flytende oppløsningsmidler .
definisjon
For fortynnede løsninger er nedtrykket av frysepunktet proporsjonalt med molaliteten b av partiklene i det oppløste stoffet (dvs. konsentrasjonen av alle oppløste partikler av stoffet i mol per kg løsemiddel og ikke den opprinnelige konsentrasjonen av stoffet):
Den frysepunkt pr mol oppløst substansen per kg løsningsmiddel er redusert med et oppløsningsmiddel-bestemt verdi.
Ved beregning av molaliteten til de oppløste stoffene, bør det bemerkes at z. B. Dissosier salter i vandig oppløsning . Bordsalt (NaCl) brytes ned f.eks. B. inn i ionene Na + og Cl - . 1 mol natriumklorid produserer 2 mol partikler, og denne verdien må tas i betraktning i ovenstående ligning. Dette gjøres ved å multiplisere med Van 't Hoff-faktoren , som indikerer antall partikler som det oppløste stoffet dissosierer i gjennomsnitt:
er den kryoskopiske konstanten , som bare avhenger av løsningsmidlet og ikke av det oppløste stoffet (med vann som løsemiddel, er denne verdien 1,86 ( K kg) / mol). Det kan være fra Raoults lov og Clausius-Clapeyron-ligningen avledet til
- ,
Med
- den gasskonstant = 8.314472 J / (mol K)
- den frysepunktet for oppløsningsmidlet i K
- den spesifikke fusjonsenthalpien av løsningsmidlet i J / kg.
Dette forholdet gjelder bare for meget fortynnede oppløsninger (konsentrasjoner <0,1 mol / L ); aktiviteten til ionene og vannet må tas i betraktning for mer konsentrerte løsninger . Svært høykonsentrerte løsninger har også et tredobbelt punkt der saltløsningen fryser, før bare vann fryser ut av løsningen, blir løsningen stadig mer konsentrert.
Siden frysepunktet synker nøyaktig 1,86 K hver gang du løser opp ett mol partikkel i ett kilo vann, kalles den tilhørende temperaturforskjellen også molar senking av frysepunktet . Denne effekten er uavhengig av typen løsemiddel, det er en kolligativ egenskap .
Den kokepunkt av løsninger er også avhengig av molaritet eller konsentrasjonen av de oppløste stoffer, og det øker . Man snakker her om en økning i molar kokepunkt . Årsaken til disse effektene er en senking av det kjemiske potensialet i løsningen sammenlignet med det rene løsningsmidlet på grunn av blandingens entropi .
Eksempler
løsemiddel | Frysepunkt i ° C | Frysepunktdepresjon i K kg / mol |
---|---|---|
vann | 0 | −1.86 |
naftalen | 80.2 | −6,80 |
kloroform | −63.5 | −4,68 |
benzen | 5.5 | −5.12 |
Kamfer | 179 | −39,7 |
Etanol | −114.6 | -1,99 |
Sykloheksan | 6.4 | −20.2 |
Karbontetraklorid | −23 | −30 |
bakgrunn
I tillegg til økningen i kokepunktet, er senking av frysepunktet en annen konsekvens som er relatert til redusert damptrykk av løsninger.
Hvis en flytende blanding av den faste substansen A og løsningsmidlet B er i likevekt med den faste substansen A , resulterer dette i tilnærmingen (med så kjemisk potensial ). Det gjelder fortsatt differensialene .
Indeksen betegner væskefasen, mens den faste fasen betegner. De totale differensialene kan settes opp fra ovenstående ligning :
hvor er den molfraksjon av det oppløste materiale i oppløsningsmidlet. Hvis du jobber med konstant trykk , tar ligningen den forenklede formen:
Forskjellen mellom entropien av den faste og den flytende tilstand ( ) tilsvarer den molare entropien fusjon av stoffet A . Denne størrelsen kan beskrives som.
På samme måte refererer smeltepunktstemperaturen til den rene faste fasen. Hvis du setter inn dette forholdet i ligningen ovenfor og integrerer mellom grensene for temperaturer og T eller 1 og molfraksjonen , blir resultatet:
med og og du får ligningen
Erstatning med , hvor og eller er, når innføring av molaliteter fører til følgende ligninger (med T · T ≈ T ):
Med
Ved å transformere ligningen kan man bestemme molmassen til det oppløste stoffet fra den observerte senking av frysepunktet. Følgende gjelder:
applikasjoner
- Det er en praktisk anvendelse av å senke frysepunktet om vinteren når avisningssalt ( natriumklorid ) påføres is og snøflater når temperaturen er under null . En mettet saltløsning har et frysepunkt på -21 ° C, og oppløsningen av saltet resulterer i en flytende saltoppløsning, tiner isen.
- Isbordsaltblandinger brukes til å produsere en kald blanding (i et kjemisk laboratorium eller tidligere i iskremproduksjon ). Den smeltevarme trekkes ut fra bordsalt, is og vann-blanding, og blandingen kjøles ned.
- Tilsetningen av kryolitt reduserer smeltetemperaturen til aluminiumoksid i aluminiumsproduksjon ved bruk av Hall-Héroult-prosessen .
- Molekylmassen til det oppløste stoffet kan bestemmes fra senking av frysepunktet . Den målemetode for dette er kjent som kryoskopi . Denne metoden for å bestemme molær masse ble brukt mye i organisk og uorganisk kjemi når det gjaldt å bestemme molmassen til nysyntetiserte eller isolerte forbindelser . For dette formål velges løsningsmidler, hvis mulig, som har en stor kryoskopisk konstant. I dag blir molær masse vanligvis bestemt av massespektrometri .
weblenker
- Video: Kryoskopi og ebullioskopi som kolligative egenskaper - En løsning koker og fryser senere enn det rene løsningsmidlet . Jakob Günter Lauth (SciFox) 2013, gjort tilgjengelig av Technical Information Library (TIB), doi : 10.5446 / 15677 .