溶媒が凍結すると、その溶媒の粒子はより規則正しくなります。 これらの粒子に作用する分子間力は、粒子同士が接近しているため、より「永続的」になります。 たとえば、水が凍って氷になると、水にその独特の特性の多くを与える水素結合が、氷の構造に固有の六角形の分子ネットワークを作ります。
では、溶質を水または純粋な溶媒に加えるとどうなりますか？ 溶質を追加すると、溶媒分子の順序が乱れます。 これは、溶液を凍結するために、より多くのエネルギーを溶液から除去する必要があることを意味します。
たとえば、塩が水に追加されると、水中で生成されるイオンは、凍結時に作成される水素結合の通常のネットワークを破壊します。 その結果、溶液の凝固点は純粋な溶媒の場合よりも低くなります。 これは凝固点降下と呼ばれます。
凝固点降下の定義
凝固点の低下は、溶質のモル濃度に正比例します。
この式では、Kf はモル凝固点降下定数、mは溶質のモル濃度です。 覚えておいてください モル濃度 は、溶媒1kgあたりの溶質のモル数です。 ファントホッフ係数はiであり、溶質の溶解分子ごとに溶液中のイオンの数に関係します。 たとえば、NaClの場合は2になります。
基本的に、これは溶質が多いほど凍結温度の低下が大きくなることを意味します。
凝固点降下 純粋な溶媒の凝固点から問題の溶液の凝固点を引いたものによって定義されます。
これにより、新しい凝固点が純粋な溶媒と比較されるものを見つけることができます。
凝固点降下が役立つのはなぜですか？
凝固点降下の2つの最も一般的な実際のアプリケーションは、冬の不凍液と塩の道です。
エチレングリコールは、水に加えると水の凝固点が下がるため、不凍液によく使われる化合物です。 これはあなたの車のラジエーターの水が凍らないことを確実にするのを助けることができます。
冬に道路に塩を加えると、氷は低温で溶け、道路に氷があまりないので安全になります。
次の例を見てください。これは、水に塩を加えると、溶液の凝固点がどのように低下するかを示しています。
1キログラムの水に100グラムのNaClを加えた溶液の凍結温度はどれくらいですか？ 言い換えれば、塩水の凝固点は何ですか？
次の式を使用できます。
Kf 水の場合は1.86°C / mです。 この番号は、最初の参照のような表に記載されています。 NaClは2つのイオンに解離するため、ファントホッフ係数は2です。 最後に、溶液のモル濃度を計算する必要があります。
これを行うには、最初にNaClのグラムをモルに変換する必要があります。
ここで、NaClのモル数を溶媒の質量で割って、モル濃度を求める必要があります。
次に、これを次の方程式に代入できます。
そう：
など、
これで、凝固点降下方程式を使用して、ソリューションの新しい凝固点を見つけることができます。 （純水の凝固点は0°Cであることを忘れないでください。）
そう：
したがって、1キログラムの水に100グラムの塩を加えると、凝固点が-6.4°Cに下がります。
チップ
溶液の凝固点は、常に純粋な溶媒の凝固点よりも低くなります。 これは、溶液を凍結させるために、溶液をより低い温度にする必要があることを意味します。 これは、純粋な溶媒よりも低い温度で融解が起こることも意味します。