Gefrierpunkts

Der Gefrierpunkt ist die Temperatur, bei der ein flüssiges Medium unter gegebenem Druck in den festen Zustand übergeht. Bei reinem Stoff ist dieser Punkt eindeutig und steht im Gleichgewicht zwischen Fest- und Flüssigphase. Bei Lösungen oder Gemischen wird der Gefrierpunkt durch die Anwesenheit gelöster Teilchen herabgesetzt; dieses Phänomen nennt man Gefrierpunktdepression.

Bei Wasser liegt der Gefrierpunkt unter Normaldruck (1 atm) bei 0 °C. Allgemein sinkt der Gefrierpunkt mit zunehmender Konzentration gelöster Teilchen, da Störungen des Kristallbildungsprozesses auftreten. Die Gefrierpunktdepression ist eine koligative Eigenschaft und lässt sich annähern durch ΔT_f = -i K_f m, wobei ΔT_f die Absenkung der Gefriertemperatur ist, i der van't Hoff-Faktor, K_f die gefrierpunktdepressionskonstante des Lösungsmittels und m die Molalität der Lösung.

Der Gefrierpunkt hängt auch vom Druck ab. Die Lage der Phasenlinie zwischen Fest- und Flüssigphase ändert sich mit dem Druck; bei vielen Substanzen ist dieser Einfluss klein, doch bei Wasser verläuft die Schmelzlinie im Phase-Diagramm mit negativer Steigung, sodass der Gefrierpunkt unter steigendem Druck sinken kann.

Anwendungsrelevanz besteht in der Lebensmitteltechnik, Pharmazie, Chemie und Kryotechnik: Der Gefrierpunkt bestimmt das Verhalten von Lösungen und Mischungen beim Gefrieren, beeinflusst Haltbarkeit und Textur von Lebensmitteln und die Lagerung temperatursensitiver Substanzen. Messmethoden umfassen Kryoskopie (Gefrierpunktsmessung in Lösungen), Differential Scanning Calorimetry (DSC) und spektroskopische bzw. elektrochemische Verfahren. Der Begriff wird häufig im Zusammenhang mit Begriffen wie Schmelzpunkt, Phasendiagramm und Gefriermedien verwendet.