Gefrierpunktdepression
Einleitung
Nichtelektrolyte sind Substanzen ohne Ionen, nur Moleküle. Starke Elektrolyte hingegen bestehen hauptsächlich aus ionischen Verbindungen, und im Wesentlichen bilden alle löslichen ionischen Verbindungen Elektrolyte. Wenn wir also feststellen können, dass die Substanz, mit der wir arbeiten, einheitlich und nicht ionisch ist, können wir mit Sicherheit davon ausgehen, dass wir mit einem Nichtelektrolyten arbeiten, und wir können versuchen, dieses Problem mit unseren Formeln zu lösen., Dies ist höchstwahrscheinlich bei allen Problemen der Fall, die in diesem Kurs im Zusammenhang mit einer Gefrierpunktdepression und einer Siedepunkterhöhung auftreten, aber es ist eine gute Idee, nach Ionen Ausschau zu halten. Es ist erwähnenswert, dass diese Gleichungen sowohl für flüchtige als auch für nichtflüchtige Lösungen funktionieren. Dies bedeutet, dass zur Bestimmung der Gefrierpunktdepression oder Siedepunkterhöhung der Dampfdruck die Temperaturänderung nicht beeinflusst. Denken Sie auch daran, dass ein reines Lösungsmittel eine Lösung ist, der nichts extra hinzugefügt oder darin gelöst wurde., Wir werden die Eigenschaften dieses reinen Lösungsmittels mit seinen neuen Eigenschaften vergleichen, wenn es einer Lösung zugesetzt wird.
Das Hinzufügen von gelösten Stoffen zu einer idealen Lösung führt zu einem positiven ΔS, einer Zunahme der Entropie. Aus diesem Grund werden sich auch die chemischen und physikalischen Eigenschaften der neu veränderten Lösung ändern. Die Eigenschaften, die sich aufgrund der Zugabe von gelösten Stoffen zu einem Lösungsmittel ändern, werden als kolligative Eigenschaften bezeichnet. Diese Eigenschaften hängen von der Anzahl der hinzugefügten gelösten Stoffe ab, nicht von ihrer Identität., Zwei Beispiele für kolligative Eigenschaften sind Siedepunkt und Gefrierpunkt: Aufgrund der Zugabe von gelösten Stoffen steigt der Siedepunkt tendenziell an und der Gefrierpunkt nimmt tendenziell ab.
Bei Zugabe zu einer Lösung können Gefrierpunkt und Siedepunkt eines reinen Lösungsmittels verändert werden. In diesem Fall kann der Gefrierpunkt des reinen Lösungsmittels niedriger und der Siedepunkt höher werden., Das Ausmaß, in dem diese Änderungen auftreten, kann mit den Formeln gefunden werden:
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Wenn die Lösung für die Proportionalitätskonstante nicht das ultimative Ziel des Problems ist, werden diese Werte höchstwahrscheinlich angegeben. Einige gebräuchliche Werte für \(K_f\) bzw. \(K_b\) sind:
| < | \(K_f\) | \(K_b\) |
|---|---|---|
| Wasser | 1.,86 | .512 |
| Acetic acid | 3.90 | 3.07 |
| Benzene | 5.12 | 2.53 |
| Phenol | 7.27 | 3.56 |
Molality is defined as the number of moles of solute per kilogram solvent., Achten Sie darauf, die Masse der gesamten Lösung nicht zu verwenden. Oft gibt Ihnen das Problem die Temperaturänderung und die Proportionalitätskonstante, und Sie müssen zuerst die Formalität finden, um Ihre endgültige Antwort zu erhalten.
Der Solute muss zwei Bedingungen erfüllen, damit er Änderungen an kolligativen Eigenschaften vornehmen kann. Erstens darf es nicht zum Dampfdruck der Lösung beitragen, und zweitens muss es auch bei Phasenänderungen in der Lösung suspendiert bleiben., Da das Lösungsmittel unter Zugabe von gelösten Stoffen nicht mehr rein ist, können wir sagen, dass das chemische Potenzial des Lösungsmittels geringer ist. Chemisches Potential ist die molare Gibb-Energie, die ein Mol Lösungsmittel zu einer Mischung beitragen kann. Je höher das chemische Potential eines Lösungsmittels ist, desto mehr kann es die Reaktion vorantreiben. Folglich haben Lösungsmittel mit höheren chemischen Potentialen auch höhere Dampfdrücke.,
Der Siedepunkt wird erreicht, wenn das chemische Potential des reinen Lösungsmittels, einer Flüssigkeit, das des chemischen Potentials von reinem Dampf erreicht. Aufgrund der Abnahme des chemischen Potenzials von gemischten Lösungsmitteln und gelösten Stoffen beobachten wir diesen Schnittpunkt bei höheren Temperaturen. Mit anderen Worten, der Siedepunkt des unreinen Lösungsmittels liegt bei einer höheren Temperatur als der des reinen flüssigen Lösungsmittels., Somit tritt eine Siedepunkterhöhung mit einer Temperaturerhöhung auf, die mit
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quantifiziert wird, wobei
- \(K_b\) als ebullioskopische Konstante bekannt ist und
- \(m\) die Molalität des gelösten Stoffes ist.
Gefrierpunkt ist erreicht, wenn das chemische Potential des reinen flüssigen Lösungsmittels das des reinen festen Lösungsmittels erreicht. Da es sich wiederum um Mischungen mit vermindertem chemischem Potenzial handelt, erwarten wir, dass sich der Gefrierpunkt ändert., Im Gegensatz zum Siedepunkt erfordert das chemische Potential des unreinen Lösungsmittels eine kältere Temperatur, damit es das chemische Potential des reinen festen Lösungsmittels erreicht. Daher wird eine Gefrierpunktdepression beobachtet.
