什麼是凝固點下降?
凝固點下降屬於依數性質(colligative property):當溶質溶入溶劑後,溶劑的凝固溫度會跟著降低。溶液中的溶解粒子越多,下降的幅度就越大。本計算器採用標準公式 $$\Delta T_f = \text{i} \cdot \text{K}_f \cdot \text{m}$$ 幫你算出凝固點究竟下降了幾度,並可進一步求出溶液實際的凝固溫度。
如何使用這個計算器
請輸入三個數值:凡特荷夫因子(van 't Hoff factor,\(i\))、溶劑的凝固點下降常數(\(K_f\)),以及溶液的重量莫耳濃度(molality,\(m\))。若想得到新的凝固點,可再填入純溶劑的正常凝固溫度。按下計算後,即可看到以 °C 表示的 \(\Delta T_f\) 以及下降後的凝固點。
公式詳解
\(\Delta T_f\) 代表凝固溫度的變化量。凡特荷夫因子 \(i\) 是一個化學式單位在溶液中解離出的粒子數:像糖這類非電解質為 1,NaCl 約為 2,CaCl₂ 約為 3。\(K_f\) 是溶劑本身的特性常數(水為 1.86 °C·kg/mol)。\(m\) 則是重量莫耳濃度,也就是每公斤溶劑中所含的溶質莫耳數。三者相乘即得溫度下降量。新的凝固點則等於純溶劑的凝固點減去 \(\Delta T_f\)。
範例演算
假設將 1 莫耳的 NaCl 溶於 1 公斤的水中。NaCl 會解離成 Na⁺ 與 Cl⁻,所以 \(i \approx 2\)。代入 \(K_f = 1.86\)、\(m = 1\):$$\Delta T_f = 2 \times 1.86 \times 1 = 3.72 \ °\text{C}$$以水的凝固點 0 °C 為起點,這杯溶液會在 \(0 - 3.72 = -3.72\ °\text{C}\) 時結冰。
常見問題
凡特荷夫因子是什麼?它代表每一個化學式單位在溶液中有效解離出的粒子數。分子型溶質(不解離)取 1;離子化合物則取其解離出的離子總數。
水的 \(K_f\) 是多少?水的凝固點下降常數為 1.86 °C·kg/mol。苯為 5.12,樟腦則約為 40。
為什麼要用重量莫耳濃度,而不用體積莫耳濃度?重量莫耳濃度是以溶劑的質量為基準,而質量不會隨溫度改變,因此特別適合用於依數性質的計算。