Bir çözücü donduğunda, o çözücünün parçacıkları daha düzenli hale gelir. Bu parçacıklara etki eden moleküller arası kuvvetler, parçacıklar artık birbirine daha yakın olduğu için daha “kalıcı” hale gelir. Örneğin, su donarak buza dönüştüğünde, suya benzersiz özelliklerinin çoğunu veren hidrojen bağları, buzun yapısında bulunan altıgen şekilli bir molekül ağı oluşturur.
Peki, suya veya saf çözücüye bir çözünen eklendiğinde ne olur? Çözünen maddenin eklenmesi, çözücü moleküllerinin düzeninin bozulmasına neden olur. Bu, çözeltiyi dondurmak için daha fazla enerjinin çıkarılması gerektiği anlamına gelir.
Örneğin, suya tuz eklendiğinde, suda ortaya çıkan iyonlar, donma üzerine yapılan olağan hidrojen bağları ağını bozar. Sonuç olarak, çözeltinin donma noktası, saf çözücü için olduğundan daha düşüktür. Buna donma noktası depresyonu denir.
Donma Noktası Depresyonunun Tanımlanması
Donma noktasındaki azalma, çözünenin molalitesi ile doğru orantılıdır:
Bu denklemde, Kf molal donma noktası depresyon sabitidir ve m, çözünen maddenin molalitesidir. Hatırlamak,
molalite 1 kg çözücüde çözünen maddenin mol sayısıdır. Van't Hoff faktörü, çözünmüş her çözünen molekül için çözeltideki iyonların sayısı ile ilgili olan i'dir. Örneğin, bu NaCl için 2 olur.Temel olarak, bu, ne kadar fazla çözünen olursa, donma sıcaklığındaki düşüşün o kadar büyük olduğu anlamına gelir.
Donma noktası depresyonu saf çözücünün donma noktası eksi söz konusu çözeltinin donma noktası ile tanımlanır:
Bu, yeni donma noktasının saf çözücüye kıyasla ne olduğunu bulmanızı sağlar.
Donma Noktası Depresyonu Neden Yararlıdır?
Donma noktası depresyonunun en yaygın iki gerçek dünya uygulaması, kışın antifriz ve tuzlama yollarıdır.
Etilen glikol, suya eklendiğinde donma noktası düştüğü için antifrizde sıklıkla kullanılan bir bileşiktir. Bu, arabanızın radyatöründeki suyun donmamasını sağlamaya yardımcı olabilir.
Kışın yola tuz eklendiğinde, buz daha düşük bir sıcaklıkta erir, bu da yolda çok fazla buz olmayacağı için yolu daha güvenli hale getirir.
Suya tuz eklemenin çözeltinin donma noktasında nasıl bir azalmaya yol açacağını gösteren aşağıdaki örneğe bir göz atın.
1 kilogram suya 100 gram NaCl eklenmiş bir çözeltinin donma sıcaklığı nedir? Başka bir deyişle, tuzlu suyun donma noktası nedir?
Aşağıdaki denklemi kullanabilirsiniz:
Anahtarf su için 1.86 °C/m'dir. Bu numara, ilk referanstaki gibi bir tabloda bulunabilir. NaCl iki iyona ayrıştığı için van't Hoff faktörü 2'dir. Son olarak, çözümün molalitesini hesaplamanız gerekir.
Bunu yapmak için önce NaCl gramlarını mollere çevirmeniz gerekir:
Şimdi molaliteyi bulmak için NaCl mollerini çözücünün kütlesine bölmeniz gerekecek:
Ardından, bunu aşağıdaki denkleme bağlayabilirsiniz:
Yani:
Gibi,
Şimdi, çözümün yeni donma noktasını bulmak için donma noktası depresyon denklemini kullanabilirsiniz. (Saf suyun donma noktasının 0°C olduğunu unutmayın.)
Yani:
Böylece 1 kilogram suya 100 gram tuz eklemek donma noktasını -6.4°C'ye düşürür.
İpuçları
Bir çözeltinin donma noktası her zaman saf çözücünün donma noktasından daha düşüktür. Bu, çözeltinin donması için daha düşük bir sıcaklığa getirilmesi gerektiği anlamına gelir. Bu aynı zamanda erimenin saf çözücüden daha düşük bir sıcaklıkta gerçekleştiği anlamına gelir.