Wanneer een oplosmiddel bevriest, worden de deeltjes van dat oplosmiddel meer geordend. De intermoleculaire krachten die op deze deeltjes inwerken, worden "permanent" omdat de deeltjes nu dichter bij elkaar staan. Wanneer water bijvoorbeeld bevriest tot ijs, vormen de waterstofbruggen die water veel van zijn unieke eigenschappen geven een hexagonaal gevormd netwerk van moleculen die inherent zijn aan de structuur van ijs.
Dus wat gebeurt er als een opgeloste stof wordt toegevoegd aan water of puur oplosmiddel? De toevoeging van opgeloste stof leidt ertoe dat de ordening van de oplosmiddelmoleculen wordt verstoord. Dit betekent dat er meer energie uit de oplossing moet worden gehaald om deze te bevriezen.
Wanneer bijvoorbeeld zout aan water wordt toegevoegd, verstoren de resulterende ionen in het water het gebruikelijke netwerk van waterstofbruggen die bij bevriezing worden gemaakt. Als gevolg hiervan is het vriespunt van de oplossing lager dan voor het zuivere oplosmiddel. Dit wordt vriespuntdepressie genoemd.
Vriespuntdepressie definiëren
De afname van het vriespunt is recht evenredig met de molaliteit van de opgeloste stof:
In deze vergelijking, Kf is de molale vriespuntverlaging constant, en m is de molaliteit van de opgeloste stof. Onthouden, molaliteit is het aantal mol opgeloste stof per kg oplosmiddel. De van't Hoff-factor is i die betrekking heeft op het aantal ionen in oplossing voor elk opgelost molecuul opgeloste stof. Dit zou bijvoorbeeld 2 zijn voor NaCl.
Kort gezegd betekent dit dat hoe meer opgeloste stof er is, hoe groter de daling van de vriestemperatuur.
Vriespunt depressie wordt gedefinieerd door het vriespunt van zuiver oplosmiddel minus het vriespunt van de oplossing in kwestie:
Hiermee kunt u vinden wat het nieuwe vriespunt is in vergelijking met het zuivere oplosmiddel.
Waarom is vriespuntdepressie nuttig?
De twee meest voorkomende toepassingen van vriespuntverlaging in de echte wereld zijn antivries en wegen in de winter.
Ethyleenglycol is een verbinding die vaak wordt gebruikt in antivries, omdat wanneer het aan water wordt toegevoegd, het vriespunt van water daalt. Dit kan ervoor zorgen dat het water in de radiator van uw auto niet bevriest.
Als er in de winter zout op de weg wordt gestrooid, smelt het ijs bij een lagere temperatuur en is het veiliger omdat er minder ijs op de weg ligt.
Bekijk het volgende voorbeeld, dat laat zien hoe het toevoegen van zout aan water zal resulteren in een verlaging van het vriespunt van de oplossing.
Wat is de vriestemperatuur van een oplossing waarin 100 gram NaCl is toegevoegd aan 1 kilogram water? Met andere woorden, wat is het vriespunt van zout water?
U kunt gebruik maken van de volgende vergelijking:
de Kf voor water is 1,86 °C/m2. Dit nummer is te vinden in een tabel zoals die in de eerste referentie. Omdat NaCl in twee ionen dissocieert, is de Van't Hoff-factor 2. Ten slotte moet u de molaliteit van de oplossing berekenen.
Om dit te doen, moet je eerst de grammen NaCl omrekenen naar mol:
Nu moet je de mol NaCl delen door de massa van het oplosmiddel om de molaliteit te vinden:
Vervolgens kunt u dit invoegen in de volgende vergelijking:
Zo:
Als zodanig,
Nu kunt u de vriespuntverlagingsvergelijking gebruiken om het nieuwe vriespunt van de oplossing te vinden. (Vergeet niet dat het vriespunt van zuiver water 0°C is.)
Zo:
Zo zou het toevoegen van 100 gram zout aan 1 kilogram water het vriespunt verlagen tot -6,4°C.
Tips
Het vriespunt van een oplossing is altijd lager dan het vriespunt van het zuivere oplosmiddel. Dit betekent dat de oplossing op een lagere temperatuur moet worden gebracht om te bevriezen. Dit betekent ook dat het smelten bij een lagere temperatuur gebeurt dan bij het zuivere oplosmiddel.