Kryoskopie

Unter Kryoskopie versteht man ein Verfahren zur Bestimmung der molaren Masse von Substanzen. Man macht sich dabei das Phänomen der Gefrierpunktserniedrigung zunutze.

Prinzipielles Vorgehen

Der Gefrierpunkt eines Lösungsmittels wird durch Zugabe von löslichen oder mischbaren Substanzen erniedrigt. Es besteht über die kryoskopische Konstante ein linearer Zusammenhang zwischen der molalen Konzentration des zugegebenen Stoffes und der Erniedrigung des Gefrierpunktes, sodass man aus der Masse der zugegebenen Probe und der mittels Gefrierpunktserniedrigung bestimmten Konzentration leicht auf die Molmasse schließen kann.
Konkret bedeutet das, dass die Gefriertemperaturerniedrigung proportional zur Stoffmenge des gelösten Stoffes und umgekehrt proportional zur Masse des Lösungsmittels ist. Es gilt hierfür folgende Beziehung, wobei E_n die kryoskopische Konstante ist.
$\Delta T={E_{n}\cdot n \over m_{L}}$
Für die Stoffmenge n gilt:
$n={m \over M}$
Setzt man n in die erste Gleichung ein und löst nach der molaren Masse M auf, so erhält man folgende Beziehung:
$M={{m\cdot E_{n}} \over {m_{L}\cdot \Delta T}}$

m ist also die Masse des gelösten Stoffes und m_L die des Lösungsmittels, wobei m deutlich kleiner als m_L sein muss (< 1:10). Zur Bestimmung der Temperaturdifferenz wird in einer Kältemischung erst die Gefriertemperatur des reinen Lösungsmittels und dann die der Lösung mit Hilfe z.B. des Beckmann-Thermometers bestimmt. Hierzu ermittelt man in der Regel den Temperaturverlauf in der Nähe des Gefrierpunktes und trägt diesen grafisch auf.

Bei der kryoskopischen Bestimmung muss auch die eventuelle Dissoziation des zugegebenen Stoffes berücksichtigt werden, da z. B. Essigsäure in Acetat- und Hydroniumionen dissoziert und somit die effektive Teilchenzahl erhöht ist. Bei zu konzentrierten Lösungen muss außerdem die veränderte effektive Konzentration durch die chemische Aktivität der Teilchen ersetzt werden. Grenzen sind mit dieser Methode für hochmolekulare Stoffe und kolloidale Lösungen gesetzt.

Analoge Anwendung: Ebullioskopie

Auch durch das der Gefrierpunktserniedrigung analoge Prinzip der Siedepunktserhöhung kann man auf die molare Masse von in Lösung enthaltenen Substanzen schließen. Dieses Verfahren nennt sich Ebullioskopie.
$M={{m\cdot E_{s}} \over {m_{L}\cdot \Delta T}}$

Dieses Verfahren ist aber etwas ungenauer, weil die ebullioskopischen Konstanten E_s kleiner als die kryoskopischen Konstanten sind. Beispielsweise beträgt diese für Wasser 0,515 gegenüber 1,86 kg*K/mol und für Campher 6,1 gegenüber 40 kg*K/mol.

Siehe auch

Osmometrie
Osmolarität
kolligative Eigenschaft, d. h. die Temperaturänderung ist nur von der Anzahl der gelösten Teilchen abhängig.

Literatur

G. Jander, E. Blasius: Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie. S. Hirzelverlag, Stuttgart-Leipzig 2002, ISBN 3-7776-1146-8.
Udo R. Kunze: Grundlagen der quantitativen Analyse. Thieme Verlag, Stuttgart 1990, ISBN 3-13585-803-0.
Gottwald/Puff: Physikalisch-chemisches Praktikum, VCH Weinheim 1986, S.28 ff, ISBN 3-527-26498-1
G. Amarell: Molekulargewichtsbestimmung mit dem Beckmann-Thermometer, G-I-T Fachzeitschrift für das Laboratorium, Sonderdruck Oktober 1961