Gefrierpunkterniedrigung

Gefrierpunkterniedrigung, auch als Gefrierpunktdepression bekannt, ist eine Kolligative Eigenschaft. Sie beschreibt, wie der Gefrierpunkt eines Lösungsmittels sinkt, wenn gelöste Teilchen hinzukommen. Die Absenkung hängt von der Zahl der gelösten Teilchen ab und nicht von ihrer chemischen Art. Je mehr Partikel sich im Lösungsmittel befinden, desto niedriger friert es.

Die Größe der Gefrierpunkterniedrigung lässt sich durch ΔT_f = i · K_f · m beschreiben. ΔT_f ist die Änderung des Gefrierpunkts in Grad Celsius, i der van't Hoff-Faktor (Anzahl der Teilchen, die das Salz in Lösung bildet), K_f die cryoskopische Konstante des Lösungsmittels und m die Molalität (Mol gelösten Stoff pro Kilogramm Lösungsmittel). Für Wasser beträgt K_f etwa 1,86 °C·kg/mol. Bei verdünnten Lösungen nähert sich i dem theoretischen Anteil der Teilchen an. Beispielsweise liefert 1 mol NaCl in Wasser eine Näherung von ΔT_f ≈ 3,72 °C (i ≈ 2, m = 1).

Anwendungen und Beispiele: Gefrierpunkterniedrigung wird genutzt, um Lösungen zu charakterisieren (Kryoskopie) und in praktischen Anwendungen wie Frostschutzmitteln. Streusalz senkt den Gefrierpunkt von Wasser auf Straßen; Ethylenglykol oder Propylenglykol in Kühlmitteln dient ebenfalls der Senkung des Gefrierpunkts. In Lebensmitteln beeinflusst Zucker den Gefrierprozess und die Textur.

Limitierungen: Die Gleichung gilt primär für ideale, verdünnte Lösungen. Bei höheren Konzentrationen weichen i und K_f durch Ionenwechselwirkungen, Hydratation oder Nichtidealität ab. Trotzdem bleibt die Gefrierpunkterniedrigung eine wichtige Orientierung für Lagerung, Kühlung und Materialsynthese.