Chemie für Nicht-Majors
Lernziele
- Definieren gefrierpunkt depression.
- Berechnen Sie den Gefrierpunkt einer Lösung bei der molalen Gefrierpunktdepressionskonstante.
Warum Salz vereiste Straßen?
Salz-LKW. Bild aus Wikimedia.
Kolligative Eigenschaften haben praktische Anwendungen, wie das Salzen von Straßen in kalten Klimazonen., Durch das Auftragen von Salz auf eine eisige Straße wird der Schmelzpunkt des Eises verringert und das Eis schmilzt schneller, wodurch das Fahren sicherer wird. Natriumchlorid (NaCl ) und entweder Calciumchlorid (CaCl 2 ) oder Magnesiumchlorid (MgCl 2) werden am häufigsten allein oder in einer Mischung verwendet. Natriumchlorid ist die kostengünstigste Option, ist aber weniger effektiv, da es nur in zwei Ionen anstelle von drei dissoziiert.
Gefrierpunktdepression
Die folgende Abbildung zeigt das Phasendiagramm für ein reines Lösungsmittel und wie es sich ändert, wenn ein gelöster Stoff hinzugefügt wird., Der gelöste Stoff senkt den Dampfdruck des Lösungsmittels, was zu einer Absenkung des Gefrierpunkts der Lösung im Vergleich zum Lösungsmittel führt. Die Gefrierpunktabsenkung ist der Temperaturunterschied zwischen dem Gefrierpunkt des reinen Lösungsmittels und dem der Lösung. In der Grafik wird die Gefrierpunktdepression durch 
dargestellt .
Abbildung 1. Der Dampfdruck einer Lösung (blau) ist niedriger als der Dampfdruck eines reinen Lösungsmittels (rosa)., Infolgedessen nimmt der Gefrierpunkt eines Lösungsmittels ab, wenn ein gelöster Stoff darin gelöst wird. Abbildung von CK-12 Foundation – Christopher Auyeung.
Wenn ein reines Lösungsmittel gefriert, werden seine Partikel geordneter, wenn die intermolekularen Kräfte, die zwischen den Molekülen wirken, dauerhaft werden. Im Falle von Wasser bilden die Wasserstoffbrücken das sechseckige Molekülnetzwerk, das die Struktur von Eis charakterisiert. Durch Auflösen eines gelösten Stoffes in das flüssige Lösungsmittel wird dieser Bestellvorgang unterbrochen., Infolgedessen muss mehr Energie aus der Lösung entfernt werden, um sie einzufrieren, und der Gefrierpunkt der Lösung ist niedriger als der des reinen Lösungsmittels.
Die Größe der gefrierpunktserniedrigung ist direkt proportional zur molalität der Lösung. Die Gleichung lautet:
Die Proportionalitätskonstante 
wird als molale Gefrierpunktdepressionskonstante bezeichnet . Es ist eine Konstante, die gleich der Änderung des Gefrierpunkts für eine 1-Mol-Lösung eines nichtflüchtigen molekularen gelösten Stoffes ist., Für Wasser beträgt der Wert von -1.86°C/ m. Die Gefriertemperatur einer wässrigen 1-Mol-Lösung eines nichtflüchtigen molekularen Lösungsmittels beträgt also -1,86°C. Jedes Lösungsmittel hat eine einzigartige molale Gefrierpunktdepressionskonstante. Diese sind in der folgenden Tabelle zusammen mit einem verwandten Wert für den Siedepunkt 
.
Probenproblem: Gefrierpunkt eines Nichtelektrolyten
Ethylenglykol (C 2 H 6 O 2) ist eine molekulare Verbindung, die in vielen kommerziellen Gefrierschutzmitteln verwendet wird., Eine Wasserlösung aus Ethylenglykol wird in Fahrzeugheizkörpern verwendet, um seinen Gefrierpunkt zu senken und somit das Einfrieren des Wassers im Kühler zu verhindern. Berechnen Sie den Gefrierpunkt einer Lösung von 400. g Ethylenglykol in 500. g Wasser.
Schritt 1: Listen Sie die bekannten Mengen auf und planen Sie das Problem.
Bekannt
- Masse C 2 H 6 O 2 = 400. g
- molare Masse C 2 H 6 O 2 = 62.08 g/mol
- Masse H 2 O = 500.0 g = 0.,500 kg
Unbekannt
Dies ist ein drei-Schritt problem. Berechnen Sie zuerst die Molen von Ethylenglykol. Berechnen Sie dann die Molalität der Lösung. Berechnen Sie abschließend die Gefrierpunktdepression.
Schritt 2: Lösen.
Der normale Gefrierpunkt von Wasser beträgt 0,0°C. Da der Gefrierpunkt um 24,0°C abnimmt, beträgt der Gefrierpunkt der Lösung -24,0°C.,
Schritt 3: Denken Sie über Ihr Ergebnis.
Der Gefrierpunkt des Wassers nimmt stark ab und schützt den Kühler vor Schäden durch Wasserausdehnung beim Gefrieren. Es gibt drei signifikante Zahlen im Ergebnis.
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- Gefrierpunkt Depression definiert ist.
- Berechnungen mit Gefrierpunktdepression werden beschrieben.,
Practice
Lösen Sie die Probleme an der folgenden Stelle:
http://home.comcast.net/~cochranjim/PDFS3/COLIGWS1A.pdf
Review
- Wie wirkt sich ein solute auf das Einfrieren von Wasser aus?
- Wie viele Mol Glukose würden benötigt, um den Gefrierpunkt von einem kg Wasser um 3, 72°C zu senken?
- Wie viele Mol NaCl würden benötigt, um die gleiche Menge an Temperatursenkung zu erzeugen?,
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- Gefrierpunktdepression: Der Temperaturunterschied zwischen dem Gefrierpunkt des reinen Lösungsmittels und dem der Lösung.
- molale Gefrierpunktdepressionskonstante: Eine Konstante, die gleich der Änderung des Gefrierpunkts für eine 1-molale Lösung eines nichtflüchtigen molekularen gelösten Stoffes ist.
