Vriespuntsdaling

Vriespuntsdaling of cryoscopie is het verschijnsel waarbij de temperatuur waarop een vloeistof vast wordt, daalt als er andere stoffen in opgelost zijn. Het is een van de colligatieve verschijnselen van een vloeistof.

Oplossen van natriumchloride in water zorgt ervoor dat het vriespunt daalt.

Het bepalen van de vriespuntsdaling van een vloeistof door oplossen van een bepaald product, is een methode om de molaire massa van dat product te bepalen. De mate van vriespuntsdaling is namelijk niet afhankelijk van de soort opgeloste stof, maar alleen van het aantal opgeloste deeltjes. Hoe meer deeltjes er opgelost zijn, hoe meer het vriespunt van het oplosmiddel daalt.

Verder is de vriespuntsdaling afhankelijk van het oplosmiddel. Die afhankelijkheid heet de molaire vriespuntsdaling. Voor water is die constante -1,86 kg.°C/mol. De opgeloste deeltjes zijn:

het aantal moleculen (uitgedrukt in mol per 1,0 kg oplosmiddel) als de opgeloste stof niet splitst in ionen
het aantal ionen (uitgedrukt in mol per 1,0 kg oplosmiddel) als het een oplosbaar zout betreft.

De vriespuntsdaling kan berekend worden met de volgende formule:

\Delta {T_{vp}}=K_{vp}\cdot {\frac {n}{m_{o}}}\cdot i

Hierin is ΔT_vp de vriespuntsdaling (in K of °C), K_vp de cryoscopische constante van het oplosmiddel, n het aantal mol opgeloste stof in een hoeveelheid oplosmiddel, m_o de massa van het oplosmiddel en i de van 't Hoff-factor. De verhouding n/m_o is dus de molaliteit en dus kan de formule herschreven worden tot:

\Delta {T_{vp}}=K_{vp}\cdot M\cdot i

waarin M de molaliteit van de oplossing voorstelt.

Voorbeelden

Rekenvoorbeeld 1

Er wordt 68,46 g suiker ( brutoformule is C₁₂H₂₂O₁₁ ) in 0,10 kg water opgelost.

Dit betekent dat $m={\frac {68,46}{0,10}}=684,6$ gram per 1,0 kg water.

De molmassa van suiker is 342,3 g/mol.

De vriespuntsverlaging wordt dus: $\Delta {T}=K\cdot {\frac {m}{M}}=1,86\cdot {\frac {684,6}{342,3}}=3,72^{o}C$

Rekenvoorbeeld 2

Er wordt 58,44 g keukenzout (NaCl), de molmassa is 58,44 g/mol), in 1,0 kg water opgelost.

$m={\frac {58,44}{1,0}}=58,44$ gram per 1,0 kg water. Omdat NaCl bij oplossen in water in ionen splitst moet hiermee rekening worden gehouden.

1 mol NaCl zal bij oplossen in water splitsen in 1 mol Na⁺ en 1 mol Cl⁻ Het aantal deeltjes is dus tweemaal zo groot. Dit betekent dat $m=2\cdot 58,44=116,88$ .

De vriespuntsverlaging wordt dus: $\Delta {T}=K\cdot {\frac {m}{M}}=1,86\cdot {\frac {116,88}{58,44}}=3,72^{o}C$

Een in water oplosbaar zout levert een grotere vriespuntsdaling dan een stof die niet splitst in ionen.

Rekenvoorbeeld 3

Er wordt 138,2 gram onbekende stof X in een mengsel van water en ijs van 1,0 kg van 0 °C opgelost. Na het oplossen is de temperatuur van het water+ijs −5,58 °C. De vriespuntsdaling ΔT = 5,58. $\Delta {T}=K\cdot {\frac {m}{M}}$ → $5,58=1,86\cdot {\frac {138,2}{M}}$

Hieruit volgt M = 46,1. De molmassa van stof X is dus 46,1 g/mol.

Zie ook

Kookpuntsverhoging