حساب انخفاض نقطة التجمد

أولاً: فهم الصيغة الأساسية. قانون انخفاض نقطة التجمد هو dTf = i * Kf * m، حيث dTf هو مقدار الانخفاض في درجة تجمد المحلول مقارنة بالمذيب النقي. يُعد هذا القانون من الخواص التجميعية، أي أنها تعتمد على عدد جسيمات المذاب في المحلول وليس على طبيعتها. لفهم التطبيق، يجب تحليل كل متغير: i هو معامل فان هوف (عدد الجسيمات التي يتفكك إليها المذاب في المحلول)، Kf هو ثابت انخفاض نقطة التجمد للمذيب (ويعتمد على نوع المذيب)، وm هي المولالية (عدد مولات المذاب لكل كيلوجرام من المذيب). على سبيل المثال، إذا كان المذيب ماءً، فإن Kf = 1.86 °C·kg/mol.

ثانياً: حساب معامل فان هوف (i). بالنسبة للمواد غير الكهربائية (مثل السكر)، i = 1 لأنها لا تتفكك. أما بالنسبة للإلكتروليتات، مثل كلوريد الصوديوم (NaCl)، فإن i يساوي عدد الأيونات الناتجة عن التفكك، أي 2 لـ NaCl (Na⁺ و Cl⁻). ولكن يجب الانتباه إلى أن التفكك قد لا يكون كاملاً في المحاليل الحقيقية؛ لذا يُستخدم معامل فان هوف الفعلي الذي قد يكون أقل من القيمة النظرية بسبب التزاوج الأيوني. أدخل قيمة i الصحيحة بناءً على المذاب.

ثالثاً: تحديد ثابت Kf للمذيب. Kf هو ثابت خاص بكل مذيب ويُعبر عن انخفاض درجة التجمد لكل مولال من المذاب. أشهر قيمة هي للماء Kf = 1.86 °C·kg/mol. للمذيبات الأخرى مثل البنزين Kf = 5.12 °C·kg/mol، وحمض الأسيتيك Kf = 3.90 °C·kg/mol. يجب استخدام القيمة المناسبة للمذيب المستخدم في المحلول. إذا كان المذيب ماءً، ستحتاج فقط إلى إدخال القيمة الافتراضية.

رابعاً: حساب المولالية (m). المولالية هي عدد مولات المذاب لكل كيلوجرام من المذيب. لحسابها: m = (كتلة المذاب بالجرام / الكتلة المولية للمذاب) / (كتلة المذيب بالكيلوجرام). على سبيل المثال، إذا أذبت 58.44 جرام من NaCl (كتلة مولية 58.44 جم/مول) في 1 كجم من الماء، فإن m = (58.44/58.44) / 1 = 1 مولال. تأكد من استخدام الوحدات الصحيحة: المذاب بالمولات والمذيب بالكيلوجرام.

خامساً: إجراء الحساب النهائي. بعد الحصول على القيم الثلاث (i, Kf, m) نقوم بضربها: dTf = i * Kf * m. الناتج هو مقدار الانخفاض في درجة التجمد بالدرجات المئوية. لحساب درجة التجمد الجديدة للمحلول، اطرح dTf من درجة تجمد المذيب النقي (للماء 0 °C). على سبيل المثال: إذا كان dTf = 1.86 °C، فإن درجة تجمد المحلول = 0 - 1.86 = -1.86 °C.