11.10: 相变：融化和冻结

加热晶体固体会增加原子，分子或离子的平均能量，而该固体会变得更热。 在某种程度上，增加的能量会变得足够大，从而部分克服将固体分子或离子固定在其固定位置的力，而固体开始过渡到液体状态或熔化的过程。 此时，尽管持续加热，但固体温度停止上升，并且在所有固体熔化之前保持恒定。 只有在所有固体熔化后，才能继续加热以提高液体温度。

如果在熔化过程中停止加热，并且固体液体混合物放置在完全绝缘的容器中，因此热量不会进入或排出，则固体和液体相将保持平衡。 这几乎是在一个非常好的热水壶中混合了冰和水的情况；几乎没有热量流入或流出，固体冰和液体水的混合物将保留数小时。 在平衡的固体和液体混合物中，热熔和冷冻的对等过程以相等的速率发生，因此固体和液体的数量保持不变。 某一物质的固体和液体相处于平衡状态的温度被称为固体的熔点或液体的冰点。

一个或另一个术语的使用通常取决于所考虑的相变的方向，例如固体到液体 (熔化) 或液体到固体 (冻结)。 熔融的焓和晶体固体的熔点取决于晶体中存在的单位之间有吸引力的力的强度。 具有弱吸引力的力分子形成熔点低的晶体。 由粒子组成的晶体，具有更强的吸引力力，可在较高温度下熔化。

将一摩尔物质从固体状态更改为液体状态所需的热量是熔融的焓，即 ΔH_fus μ m 的物质。 在 0 °C 时，冰的热熔合焓为 6.0 kJ/mol 熔融 (熔化) 是内温的。

对等过程，即冻结，是一个放热过程，其焓变化在 0 °C 时为 −6.0 kJ/mol ：

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第10.3节：相变。

固体粒子通过吸引力紧密地聚集在一起，在固定的位置振动 而不破坏晶格。热量的增加会导致粒子的热能上升，并且振动更快。粒子通过部分克服分子间作用力 而移动和重新排列。随后，晶格坍塌，固体熔化。从固体到液体的这种转变 被称为融化或熔化，而发生时的温度被称为融点或 熔点。将 1 摩尔固体在其熔点下完全熔化 所需的焓变 称为摩尔熔化热 或摩尔熔化焓。由于熔化几乎总是需要能量，所以它是一个吸热过程，焓值为正 只有少数例外。例如，当一摩尔冰从周围吸收 6.02 千焦耳 的热能时，它的温度会升高。当温度达到 0°C 时，冰开始融化。于任何物质来说，熔化热 都低于蒸气热。例如，融化一摩尔冰 仅需要 6.02 千焦耳的能量，而蒸发一摩尔水则需要 40.8 千焦耳 的能量。这是因为蒸发涉及到 分子的完全分离，几乎挣脱了所有分子间力的束缚。相比之下，熔化仅涉及 部分克服吸引力，而分子继续 保持紧密接触。熔化的逆过程，即从液体到固体的转变，被称为冻结或凝固。当液相分子失去能量时，它们的热运动减弱，分子堆积得足够紧密，从而重新建立 分子间力。最终，液体转化为固体形式。冷冻是一个放热过程，它的焓值是负的 只有少数例外。物质通常在与融化温度几乎相同的温度下 冻结。尽管冻结焓为负，但其大小与 熔化焓相同。当物质保持在其熔点或冻结点时，固相和液相共存。