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Der Gefrierpunkt oder Erstarrungspunkt einer Flüssigkeit entspricht der charakteristischen Temperatur bei einem gegebenen Druck, bei der diese Flüssigkeit fest wird. Mit anderen Worten, es ist die Temperatur, bei der der Erstarrungs- oder Gefrierprozess einer Flüssigkeit wie Wasser stattfindet.
Diese Phasenänderung ist im Prinzip eine reversible Änderung, die mit dem umgekehrten Prozess, der Fusion genannt wird, ein Gleichgewicht erreichen kann. Zum Beispiel bei Wasser:
Aus diesem Grund kann der Gefrierpunkt von Wasser auch als die Temperatur definiert werden, bei der sich bei dem Druck, bei dem sich das System befindet, ein Phasengleichgewicht zwischen festem und flüssigem Wasser einstellt .
Da es ein Gleichgewicht zwischen Schmelzen und Erstarren gibt, stellt sich heraus, dass der Gefrierpunkt gleich dem Schmelzpunkt ist.
Gefrierpunkt vs. normaler Gefrierpunkt von Wasser
Es sollte klargestellt werden, dass der Gefrierpunkt einer Substanz keine feste Größe ist, da er vom Druck abhängt, bei dem sich das System befindet. Das bedeutet, dass beispielsweise Wasser auf Meereshöhe, wo der Druck etwa 1 atm beträgt, nicht bei der gleichen Temperatur schmilzt wie auf einem Berg in 2.000 m Höhe, wo der Druck weniger als 0,8 atm beträgt.
Dasselbe gilt für die anderen Phasenänderungen, und der Effekt ist für den Siedepunkt noch schlimmer als für den Gefrierpunkt selbst.
Es lohnt sich jedoch zu fragen, warum wird dann vom „Gefrierpunkt“ gesprochen, als wäre es nur einer? Der Grund ist sehr einfach. Um Verwirrung zu vermeiden, wurde der Begriff des normalen Gefrier- oder Schmelzpunkts eingeführt , der dem Gefrierpunkt bei einem Druck von genau 1 atm entspricht. Dieser Gefrierpunkt ist einzigartig und charakteristisch für jeden Reinstoff. Es gibt ein äquivalentes Konzept für den Siedepunkt und den Sublimationspunkt.
Wenn wir also über den Gefrierpunkt von Wasser sprechen, beziehen wir uns fast immer auf den normalen Gefrierpunkt.
Was ist der Gefrier- oder Schmelzpunkt von Wasser?
Der Gefrierpunkt von Wasser beim Normaldruck von 1 Atmosphäre (d. h. der normale Gefrierpunkt von Wasser) ist genau die Referenztemperatur der Celsius-Temperaturskala und daher 0 °C wert. Als Fahrenheit andererseits die Temperaturskala festlegte, die seinen Namen trägt, legte er als Bezugspunkt die niedrigste Temperatur fest, die er aufzeichnen konnte, und ordnete ihr den Wert 0 °F zu, und dann ordnete er den Schmelzpunkt oder den Gefrierpunkt zu Wasser eine Temperatur von 32 ° F.
Neben diesen beiden beliebten Temperatureinheiten gibt es noch zwei weitere, die ebenso wichtig sind, nämlich die absolute Temperaturskala von Kelvin und die Rankine-Skala. Die folgende Tabelle zeigt den Gefrierpunkt von Wasser in den vier genannten Temperaturskalen:
| Skala | Gefrierpunkt von Wasser |
| Celsius (°C) | 0 Grad |
| Kelvin (K) | 273.15K |
| Fahrenheit (°F) | 32 ° F |
| Rankine (°R) | 491,67° R |
Faktoren, die den Gefrierpunkt von Wasser beeinflussen
Der Druck
Wir haben bereits gesehen, dass Druck den Gefrierpunkt von Wasser beeinflussen kann. In diesem Fall gilt: Je höher der Druck, desto niedriger der Gefrierpunkt, da flüssiges Wasser dichter ist als Eis. Bei anderen Stoffen passiert das Gegenteil. Der Gesamteffekt ist jedoch recht gering.
Um die Auswirkung des Drucks auf den Gefrierpunkt von Wasser zu beobachten, wird er in der folgenden Tabelle bei mehreren verschiedenen Drücken dargestellt.
| Druck (atm) | Tf ( °C) | Tf ( °F) | Tf ( K) | Tf ( °R) |
| 0,01 | 0 | 32 | 273.20 | 491,70 |
| 0,1 | 0 | 32 | 273.20 | 491,70 |
| 1 | 0 | 32 | 273.15 | 491.67 |
| 10 | -0,1 | 31.9 | 273.10 | 491.60 |
| 100 | -0,8 | 30.6 | 272.40 | 490.30 |
gelöste Stoffe oder Verunreinigungen
Zusätzlich zum Druck kann der Gefrierpunkt von Wasser aufgrund des Vorhandenseins von Verunreinigungen oder darin gelösten gelösten Stoffen variieren. Dies ist eine Folge einer kolligativen Eigenschaft von Lösungen, die als „Gefrierpunktserniedrigung“ bezeichnet wird. Je höher die Gesamtkonzentration an gelösten Stoffen (oder Verunreinigungen) ist, desto niedriger ist der Gefrierpunkt von Wasser. Diese Eigenschaft wird verwendet, um nach einem Schneefall Eis auf Straßen zu schmelzen und zu verhindern, dass flüssiges Wasser im Winter in Motoren gefriert.
Die folgende Tabelle zeigt den Gefrier- oder Schmelzpunkt von Wasser bei einem Druck von 1 Atmosphäre, aber bei unterschiedlichen Konzentrationen von Kochsalz (NaCl):
| NaCl-Konzentration (%m/m) | Tf ( °C) | Tf ( °F) | Tf ( K) | Tf ( °R) |
| 0 | 0 | 32 | 273.15 | 491.67 |
| 0,5 | -0,3 | 31.46 | 272,85 | 491.13 |
| 1 | -0,59 | 30.94 | 272.56 | 490.61 |
| 2 | -1.19 | 29.86 | 271,96 | 489,53 |
| 3 | -1,79 | 28.78 | 271.36 | 488,45 |
| 4 | -2.41 | 27.66 | 270.74 | 487.33 |
| 5 | -3.05 | 26.51 | 270.1 | 486.18 |
| 6 | -3.7 | 25.34 | 269,45 | 485.01 |
| 7 | -4.38 | 24.12 | 268,77 | 483,79 |
| 8 | -5.08 | 22.86 | 268.07 | 482.53 |
| 9 | -5,81 | 21.54 | 267.34 | 481.21 |
| 10 | -6.56 | 20.19 | 266,59 | 479,86 |
| 12 | -8.18 | 17.28 | 264,97 | 476,95 |
| 14 | -9,94 | 14.11 | 263.21 | 473,78 |
| 16 | -11.89 | 10.6 | 261.26 | 470.27 |
| 18 | -14.04 | 6.73 | 259.11 | 466.4 |
| zwanzig | -16.46 | 2.37 | 256,69 | 462.04 |
| 26 | -19.18 | -2,52 | 253,97 | 457.15 |
Wie man sieht, kann die Salzkonzentration den Gefrierpunkt von Wasser stark beeinflussen und um 20°C oder sogar mehr senken.
Verweise
Chang, R. (2008). Physikalische Chemie (1. Aufl .). New York City, New York: McGraw-Hügel.
Engineering-Toolbox. (nd). Eis / Wasser – Schmelzpunkte bei höherem Druck. Abgerufen am 15. Juni 2021 von https://www.engineeringtoolbox.com/water-melting-temperature-point-pressure-d_2005.html?vA=40&units=B#
kolligative Eigenschaften. (2020, 30. Oktober). Abgerufen am 29. Juni 2021 von https://espanol.libretexts.org/@go/page/1889
