凍結鏡検査または低温測定

クライオスコピー(クライオメトリーとも呼ばれる) は、液体が不揮発性溶質と混合されたときに液体の融解または凝固温度を下げる研究です。

たとえば、海抜ゼロメートルの水の融点または凝固点は 0°C です。ただし、水に塩を加える場合は、混合物を凍結させるために氷点下の温度を提供する必要があります。

寒い場所の海水は、温度が低くても液体のままであるのはこのためです。氷山などに形成される氷の層は純水のみで構成されており、液体状態で残る残りはさまざまな塩を含む水であり、主なものはNaClです。

しかし、この事実を説明する物質の分子はどうなるのでしょうか?

液体が液体から固体状態に変化するには、液相の最大蒸気圧が固相の最大蒸気圧と等しくなければなりません。したがって、冷却されて凝固点に近づいている純粋な液体を想像してください。その瞬間に溶質を加えると、その分子が相互作用して液体の蒸気圧が低下し、凝固が中断されます。

溶液が再び固化するには、温度をさらに下げる必要があります。最初に凝固するのは純粋な液体であり、溶液はますます濃縮されるため、凝固点は徐々に低下します。

溶液中の溶質が多ければ多いほど、凝固点は低くなります。凍結鏡検査は集合的な特性であり、関係する種の数のみに依存し、その性質には依存しないことを意味します。したがって、同じ量の水が入った 2 つのグラスがあり、一方に砂糖を、もう一方に塩を同量加えた場合、両方のグラスの水の融解温度の変化は同じになります。

この事実をよく表した表を以下に示します。純水、尿素添加水、ブドウ糖添加水、塩化ナトリウム添加水の融点を示します。添加した溶質に関係なく、溶液の融解温度は同じになることに注意してください。

さらに 2 つの要因にも注目してください。純粋な溶媒の融点は溶液の融点よりも低いこと、そしてより多くの溶質を追加すると (グルコースの場合に示すように)、媒体の濃度が高まり、融点がさらに低下することです。

以下は、純粋な溶媒と溶液の蒸気圧曲線を示しています。

数学的には、この凝固点の低下は次の式で計算できます。

Δt _c = K _c 。 W 。私

どこ：

Δt _c = 凝固温度の変化。
K _c = 各溶媒の特定の凍結定数。
C = モル濃度。
i = Van’t Hoff vator (溶質配合ごとに生成される粒子の量)。

極低温観察の研究は日常生活に非常に役立ち、その応用例のいくつかは「 寒い場所のラジエーターからの水はなぜ凍らないのか?」というテキストで詳しく説明されています。 ”。