Grundpraktikum - Praktikum Physikalische Chemie - page 29

ermitteln und zu zeigen, dass die Gefrierpunkterniedrigung von der Teilchenzahl
des gelösten Stoffes abhängig ist.

1.1.5.2 Theoretische Grundlagen
Wir betrachten zunächst eine reine Komponente A, z. B. ein Lösungsmittel in
reiner Form. Das Auftreten der festen, flüssigen und gasförmigen Phase von A
in Abhängigkeit von Druck und Temperatur wird im Phasendiagramm wiederge-
geben. Die Gleichgewichtszustände zwischen jeweils zwei Phasen werden durch
die Dampfdruck-, die Schmelzdruck- und die Sublimationskurve beschrieben. Ein
Gleichgewichtszustand ist dabei gegeben, wenn genauso viele Teilchen von der
einen Phase in die zweite Phase wechseln wie umgekehrt. Gleichgewicht zwischen
Eis und Wasser für den Fall des Lösungsmittels H 2 O besteht zum Beispiel, wenn
genauso viele „flüssige“ H 2 O-Teilchen in die Eisphase wechseln wie umgekehrt. Ist
die Zahl der in die Eisphase wechselnden H 2 O-Teilchen größer als die Zahl der in
die Wasserphase wechselnden, gefriert das Wasser; im umgekehrten Fall schmilzt
das Eis.
Wir stellen uns nun weiter vor, dass in der flüssigen Phase A ein Stoff B gelöst
sei, dessen Löslichkeit in der festen Phase von A vernachlässigbar ist. Das heißt, das
Lösungsmittel A gefriert bei entsprechenden Bedingungen von Druck und Tempe-
ratur nach wie vor als reine Komponente aus. Welcher Unterschied besteht jedoch
im Falle des gelösten Stoffes B in der flüssigen Phase von A (dies ist dann eine
Mischphase) gegenüber dem Fall der reinen flüssigen Phase von A?
Wenn ein Stoff B in A gelöst ist, werden einige Moleküle von B die Phasen-
grenzfläche zwischen der flüssigen Mischphase (A C B) und der festen Phase A
besetzen. Ein Teil der „flüssigen“ A-Teilchen wird dadurch gehindert, in die Fest-
phase überzutreten. Umgekehrt treten aber nach wie vor genauso viele A-Teilchen
aus der Festphase in die flüssige Phase über. Ob nämlich dem „festen“ A-Teilchen
in der Lösung gerade ein Molekül des gelösten Stoffes B oder ein Molekül des
Lösungsmittels A gegenüberliegt, ist völlig unerheblich. Insgesamt bedeutet dies je-
doch eine Störung des Gleichgewichtszustandes, und zwar dahingehend, dass mehr
A-Teilchen aus der festen in die flüssige Phase übertreten als umgekehrt: Der Fest-
körper schmilzt.
Damit nun der Gleichgewichtszustand wieder erreicht wird, muss die Tempera-
tur erniedrigt werden. Dieser Effekt, dass eine gelöste Substanz den Gefrier- bzw.
Erstarrungspunkt einer Lösung unter denWert des reinen Lösungsmittels erniedrigt,
heißt Gefrierpunkterniedrigung .
Die gleiche Betrachtungsweise führt zu einer Siedepunkterhöhung für den Fall
des Gleichgewichtes zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase. Beides ist
in Abb. 1.15 schematisch dargestellt.
Die Erniedrigung des Gefrierpunktes einer Lösung ist proportional zur Molalität
des gelösten Stoffes c molal . B / . Für einen Stoff, der molekular in Lösung geht, gilt:

T F D K k c molal . B / ; (1.41)

T F Gefrierpunkterniedrigung.