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无机化学
1.7.3.3 4.3.3 凝固点下降
4.3.3 凝固点下降

物质的凝固点是指在某外压时,其液相和固相的蒸气压相等并能共存的温度。如在101.3 kPa 外压时,纯水和冰在0 ℃时的蒸气压均为0.611 kPa,0 ℃即为水的凝固点。而溶液的凝固点通常是指溶液中纯固态溶剂开始析出时的温度,对于水溶液而言,就是指水开始变成冰析出时的温度。与稀溶液中沸点升高的原因相似,水和冰的蒸气压曲线只有在0 ℃以下的某一温度Tf 时才能相交,也即在0 ℃以下才是溶液的凝固点,显然Tf <TӨ f ,

溶液的凝固点降低了。冬季汽车水箱中常加的防冻液、用于降温的制冷剂等都是对凝固点下降的应用。由于溶液的凝固点下降也是溶液的蒸气压降低所引起的,因此,凝固点的降低也与溶液的质量摩尔浓度bB成正比,即

式中,ΔTf为凝固点降低数值;Kf为溶剂的质量摩尔凝固点降低常数,也是溶剂的特征常数,因溶剂的不同而不同,其单位是℃·kg/mol 或K·kg/mol。几种常见溶剂的Kf值见表4.3。

应当注意,Kb、Kf分别是稀溶液的ΔTb、ΔTf与bB的比值,不能机械地将Kb和Kf理解成质量摩尔浓度为1 mol/kg 时的沸点升高ΔTb和凝固点下降ΔTf,因为1 mol/kg 的溶液已不是稀溶液,溶剂化作用及溶质粒子之间的作用力已不可忽视,ΔTb、ΔTf 与bB 之间已不成正比。

溶质的相对分子质量可通过溶液的沸点升高及凝固点下降的方法进行测定。在实际工作中,常用凝固点降低法,这是因为:①对同一溶剂来说,Kf总是大于Kb,所以凝固点下降法测定时的灵敏度高;②用沸点升高法测定相对分子质量时,往往会因实验温度较高引起溶剂挥发,使溶液变浓而引起误差;③某些生物样品在沸点时易被破坏。

知识拓展溶液的凝固点下降和蒸气压下降还有助于说明植物的防寒抗旱功能。研究表明,当外界气温发生变化时,植物细胞内会强烈地生成可溶性碳水化合物,从而使细胞液浓度增大,凝固点降低,保证了在一定的低温条件下细胞液不致结冰,表现了相当的防寒功能;另外,细胞液浓度增大,有利于其蒸气压的降低,从而使细胞中水分的蒸发量减少,蒸发过程变慢,因此在较高的气温下能保持一定的水分而不枯萎,表现了相当的抗旱功能。

在有机化学、药物分析等学科中也常常用测定化合物的熔点或沸点的办法来检验化合物的纯度。把含有杂质的化合物当作溶液,则其熔点比纯化合物的低,沸点比纯化合物的高,而且熔点的降低值和沸点的升高值与杂质含量有关。