Rechner für Gefrierpunktserniedrigung

Die Gefrierpunktserniedrigung ist eine kolligative Eigenschaft: Im Idealfall hängt ihre Größe vor allem von der Anzahl gelöster Teilchen ab, nicht von deren chemischer Identität. Die Zugabe eines nichtflüchtigen Stoffes senkt das chemische Potenzial des flüssigen Lösungsmittels. Feste und flüssige Phase erreichen ihr Gleichgewicht deshalb bei einer niedrigeren Temperatur als beim reinen Lösungsmittel. Streusalz, Fahrzeugkühlmittel, Eismischungen und die Bestimmung molarer Massen im Labor nutzen diesen Effekt. Für eine verdünnte Lösung berechnet sich die Temperatursenkung als delta Tf = i × Kf × m. Kf ist die kryoskopische Konstante des Lösungsmittels in Grad Celsius Kilogramm pro Mol, m die Molalität in Mol gelöstem Stoff pro Kilogramm Lösungsmittel und i der Van't-Hoff-Faktor. Die Molalität bezieht sich auf die Lösungsmittelmasse statt auf das gesamte Lösungsvolumen und bleibt daher bei Temperaturänderungen konstant. Der Gefrierpunkt der Lösung ist der Gefrierpunkt des reinen Lösungsmittels abzüglich der berechneten Erniedrigung. Der Van't-Hoff-Faktor schätzt die Anzahl gelöster Teilchen je Formeleinheit. Ein Nichtelektrolyt wie Glucose hat idealerweise i = 1. Natriumchlorid dissoziiert idealerweise in zwei Ionen und wird häufig mit i = 2 angenähert, Calciumchlorid mit i = 3. Reale Elektrolytlösungen haben oft kleinere effektive Faktoren, weil Ionen wechselwirken oder Paare bilden, besonders bei höherer Konzentration. Wenn Genauigkeit wichtig ist, sind experimentell bestimmte Faktoren vorzuziehen. Wasser hat Kf = 1.86 °C·kg/mol, doch jedes Lösungsmittel besitzt seine eigene Konstante. Benzol, Essigsäure, Campher und andere Lösungsmittel können deutlich größere Werte haben. Achte darauf, dass die Konstante zum gewählten Lösungsmittel gehört und die Einheiten zusammenpassen. Eine positive Erniedrigung bedeutet eine Abnahme und wird deshalb vom reinen Gefrierpunkt abgezogen. Bei Wasser mit einem Ausgangswert von 0 °C ergibt jede positive Erniedrigung einen negativen berechneten Gefrierpunkt der Lösung. Die Gleichung setzt eine ideale verdünnte Lösung, einen nichtflüchtigen gelösten Stoff und ein Lösungsmittel voraus, das beim Kristallisieren nur wenig gelösten Stoff einbaut. Konzentrierte Frostschutzmischungen können stark abweichen und komplexe Phasendiagramme statt einer einfachen linearen Beziehung aufweisen. Für sicherheitskritischen Frostschutz sind gemessene Produktdaten zu verwenden. Für Unterricht, erste Rezepturentwürfe und verdünnte Laborlösungen liefert der Rechner eine schnelle, nachvollziehbare Schätzung und zeigt sowohl die Temperaturänderung als auch den resultierenden Gefrierpunkt.