Gefrierpunkt

Der Gefrierpunkt ist die Temperatur, bei der eine Flüssigkeit bei gegebenem Druck in einen festen Zustand übergeht. Er kennzeichnet das Gleichgewicht zwischen der flüssigen und der festen Phase. Unter Normaldruck (1 atm) hat reines Wasser einen Gefrierpunkt von 0 °C (273,15 K). In Lösungen liegt der Gefrierpunkt in der Regel unter dem des reinen Lösungsmittels; dieser Effekt wird als Gefrierpunktdepression bezeichnet.

Die Gefrierpunktdepression hängt von der Konzentration und der Art der gelösten Stoffe ab. Sie lässt sich näherungsweise durch ΔT_f = i · K_f · m beschreiben, wobei i der van't-Hoff-Faktor, m die Molalität und K_f der kryoskopische Konstanten des Lösungsmittels ist. Für Wasser beträgt K_f ca. 1,86 °C·kg·mol−1. Beispiele zeigen, dass Natriumchlorid, Zucker oder andere gelöste Stoffe den Gefrierpunkt merklich senken können; bei hohen Konzentrationen können Lösungen deutlich unter 0 °C gefrieren.

Der Gefrierpunkt ist auch druckabhängig. Nach der Clapeyron-Gleichung verschiebt sich der Gefrierpunkt mit zunehmendem Druck; bei Wasser ist der Verlauf negativ, sodass der Gefrierpunkt mit steigendem Druck sinkt.

Eutektische Mischungen beschreiben Systeme, in denen eine bestimmte Zusammensetzung bei einer bestimmten Temperatur zu einer gleichzeitigen Erstarrung der Komponenten führt und den Gefrierpunkt weiter absenkt. Solche Effekte spielen eine Rolle in Anwendungen, bei denen niedrigere Gefrierpunkte gewünscht sind.

Messungen und Anwendungen: Der Gefrierpunkt wird mit Kryoskopie und Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC) bestimmt. Anwendungen finden sich in der Lebensmitteltechnik (Gefrierpunktserniedrigung durch Salze oder Zucker), der Kälte- und Klimatechnik (Antifreeze), der Kryokonservierung und der chemischen Qualitätskontrolle.