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depth Schöngeist
Anmeldungsdatum: 03.03.2009 Beiträge: 49
Wohnort: Frankfurt
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(#1429964) Verfasst am: 10.02.2010, 19:37 Titel: Versteht einer die Gefrierpunktserniedrigung? |
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Ausgelöst durch das aktuell knappe Streusalz habe ich mit ein paar Freunden über das Phänomen der Gefrierpunktserniedrigung diskutiert, und wir haben festgestellt, dass wir es im Grunde nicht verstehen. Gibt es hier im Forum zufällig jemanden, der sich damit auskennt?
Die Lehrbücher sagen, dass das Einbringen eines gelösten Stoffes in ein Lösungsmittel dessen Dampfdruck und Gefrierpunkt erniedrige, was aber nur von der Menge (Mol) des eingebrachten Stoffes abhänge aber nicht von dessen Beschaffenheit. Das heisst n Zuckermoleküle erniedrigen den Gefrierpunkt um genauso viel Grad wie n Kochsalzmoleküle.
Ich finde das erstaunlich. Weiss von euch jemand, welches physikalische Prinzip dahinter steht?
Die Erklärungen in den Lehrbüchern leiten dies meist aus der Änderung des chemischen Potenzials her, was meiner Meinung nach das Phänomen schon als Annahme voraussetzt.
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Darwin Upheaval Evo-Devo-Darwinist & Wissenschaftskommunikator
Anmeldungsdatum: 23.01.2004 Beiträge: 5491
Wohnort: Tief im Süden
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(#1429971) Verfasst am: 10.02.2010, 19:57 Titel: Re: Versteht einer die Gefrierpunktserniedrigung? |
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depth hat folgendes geschrieben: | Ausgelöst durch das aktuell knappe Streusalz habe ich mit ein paar Freunden über das Phänomen der Gefrierpunktserniedrigung diskutiert, und wir haben festgestellt, dass wir es im Grunde nicht verstehen. Gibt es hier im Forum zufällig jemanden, der sich damit auskennt?
Die Lehrbücher sagen, dass das Einbringen eines gelösten Stoffes in ein Lösungsmittel dessen Dampfdruck und Gefrierpunkt erniedrige, was aber nur von der Menge (Mol) des eingebrachten Stoffes abhänge aber nicht von dessen Beschaffenheit. Das heisst n Zuckermoleküle erniedrigen den Gefrierpunkt um genauso viel Grad wie n Kochsalzmoleküle.
Ich finde das erstaunlich. Weiss von euch jemand, welches physikalische Prinzip dahinter steht? |
M. W. hängt das mit dem "Raoultschen Gesetz" der Dampfdruckerniedrigung zusammen. Es beschreibt den Dampfdruck idealer Mischungen [p(M)] als Summe der Partialdrücke p(A), p(B),..., p(X) der einzelnen Komponenten A, B,...,X mit dem Stoffmengenanteil ("Molenbruch") a,b,...x. Bei einem binären Gemisch ist der Dampfdruck der Mischung:
p(M) = (1-b) * p(A) + b * p(B)
Nehmen wir nun an, die Komponente A wäre das Lösemittel und B ein darin gelöster Feststoff, dann ist der Term "b * p(B)" vernachlässigbar, weil der Dampfdruck von Feststoffen sehr klein ist, im Vergleich zum Dampfdruck einer Flüssigkeit. Demnach hängt der Dampfdruck der Lösung - und damit auch der Siedepunkt / Gefrierpunkt - nur vom der Stoffmenge b des gelösten Stoffes B ab sowie vom Dampfdruck p(A) des reinen Lösemittels.
p(M) = (1-b) * p(A)
_________________ "Science is a candle in the dark." - Carl Sagan
www.ag-evolutionsbiologie.de
www.facebook.com/AGEvolutionsbiologie
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depth Schöngeist
Anmeldungsdatum: 03.03.2009 Beiträge: 49
Wohnort: Frankfurt
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(#1430209) Verfasst am: 11.02.2010, 11:16 Titel: |
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Danke für die Erklärung! Zwei Informationen waren es, die mir gefehlt hatten:
1. Dass Raoultsche Gesetz gilt nur für IDEALE Lösungen, also für Lösungen bei denen die Wechselwirkung zwischen allen beteiligten Teilchensorten gleich ist.
2.Dass der Dampfdruck eines Festkörpers vernachlässigbar ist
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Alchemist registrierter User
Anmeldungsdatum: 03.08.2004 Beiträge: 27897
Wohnort: Hamburg
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(#1430212) Verfasst am: 11.02.2010, 11:23 Titel: |
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Wenn ich mich recht entsinne, kann man das auch über das chemische Potential erklären.
Ich schau zu Hause nochmal in meinen Aufzeichnungen nach
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Darwin Upheaval Evo-Devo-Darwinist & Wissenschaftskommunikator
Anmeldungsdatum: 23.01.2004 Beiträge: 5491
Wohnort: Tief im Süden
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(#1430345) Verfasst am: 11.02.2010, 16:55 Titel: |
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depth hat folgendes geschrieben: | Danke für die Erklärung! Zwei Informationen waren es, die mir gefehlt hatten:
1. Dass Raoultsche Gesetz gilt nur für IDEALE Lösungen, also für Lösungen bei denen die Wechselwirkung zwischen allen beteiligten Teilchensorten gleich ist.
2.Dass der Dampfdruck eines Festkörpers vernachlässigbar ist |
Es sei hier noch ergänzt, dass bei einer Dampfdruckerniedrigung die Schmelztemperatur nur dann abnimmt, wenn beim Erstarren das reine Lösemittel auskristallisiert, sich also keine Mischkristalle bilden. Dies ist meist in guter Näherung der Fall.
Die Beziehung zwischen der Schmelzpunkterniedrigung ("Kryoskopie") / Siedepunktserhöhung ("Ebullioskopie") und der Dampfdruckerniedrigung ist linear und wird durch die sog. Clausius-Clapeyron-Gleichung beschrieben, das aber nur am Rande, falls Du den Stoff vertiefen möchtest.
_________________ "Science is a candle in the dark." - Carl Sagan
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Lantech registrierter User
Anmeldungsdatum: 24.11.2008 Beiträge: 79
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(#1430361) Verfasst am: 11.02.2010, 17:53 Titel: |
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Ich zitiere mal aus meinem Thermodynamik Script eine sehr schöne Passage die es auch anschaulich klar macht:
Zitat: | Die freie Enthalpie einer Lösung ist geringer als die des Lösungsmittels und des gelösten Stoffes getrennt, da andernfalls die Lösung gar nicht entstanden wäre. Qualitativ dominiert der entropische Aspekt, dass eine Lösung als Gemisch zweier Stoffe einen ungeordneteren Zustand darstellt als die beiden getrennten Stoffe. |
Zur Herleitung geht man von der Vorraussetzung aus, das die chemischen Potentiale der beiden Stoffe gleich sind. Dann nutzt man die Gibbs-Duhem beziehung und kann zeigen, dass wenn sich der Stoff im Flüssigen löst aber nicht im festen Stoff kommt es zu einer Gefrierpunktserniedrigung. Interessanter Nebeneffekt: Auch der Siedepunkt verschiebt sich, allerdings nach oben => Wasser mit Salz beginnt erst bei über 100°C zu sieden. Zudem hängt es nur von der Konzentration des gelösten Stoffes ab, zu beachten is hierbei aber das es auf den Zustand des Moleküls in der Flüssigkeit ankommt, daher hat NaCl eine doppelt so hohe Gefrierpunktserniedrigung wie man es vieleicht zuerst erwarten würde, da es in Na+ und Cl- dissoziert.
In der Grafik bedeutet ein "Knick" in der Enthalpie übrigens einen Phasenübergang 1. Ordnung.
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Alchemist registrierter User
Anmeldungsdatum: 03.08.2004 Beiträge: 27897
Wohnort: Hamburg
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(#1430375) Verfasst am: 11.02.2010, 18:42 Titel: |
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Danke!
Hast mir ein ausführliches Posting erspart!
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