Phasenübergänge: Schmelzen und Gefrieren

Die Partikel eines Festkörpers packen sich durch Anziehungskräfte dicht zusammen und schwingen an festen Positionen, ohne das Gitter zu stören.

Durch die Zufuhr von Wärme steigt die Wärmeenergie der Partikel an und sie schwingen schneller. Die Teilchen bewegen sich und ordnen sich neu an, indem sie die intermolekularen Kräfte teilweise überwinden. Anschließend kollabiert das Gitter und der Feststoff schmilzt.

Dieser Übergang vom Feststoff zur Flüssigkeit wird als Schmelzen oder Schmelzen bezeichnet, und die Temperatur, bei der er stattfindet, wird als Schmelzpunkt oder Schmelzpunkt bezeichnet.

Die Änderung der Enthalpie, die erforderlich ist, um 1 Mol eines Festkörpers an seinem Schmelzpunkt vollständig zu schmelzen, wird als molare Schmelzwärme oder molare Schmelzenthalpie bezeichnet. Da das Schmelzen fast immer Energie benötigt, handelt es sich – bis auf wenige Ausnahmen – um einen endothermen Prozess mit positivem Enthalpiewert.

Wenn zum Beispiel ein Maulwurf Eis 6,02 Kilojoule Wärmeenergie aus seiner Umgebung aufnimmt, steigt seine Temperatur. Wenn die Temperatur 0 °C erreicht, beginnt es zu schmelzen.

Bei allen Substanzen ist die Schmelzwärme geringer als die Verdampfungswärme. Während zum Beispiel das Schmelzen eines Mols Eis nur 6,02 Kilojoule Energie benötigt, benötigt das Verdampfen eines Mols Wasser 40,8 Kilojoule Energie.

Denn beim Verdampfen geht es um die vollständige Trennung von Molekülen, indem man sich von nahezu allen intermolekularen Kräften befreit. Im Vergleich dazu werden beim Schmelzen die Anziehungskräfte nur teilweise überwunden, während die Moleküle weiterhin in engem Kontakt bleiben.

Die Umkehrung der Fusion, also der Übergang von flüssig zu fest, wird als Einfrieren oder Erstarren bezeichnet. Wenn Moleküle in der Flüssigphase Energie verlieren, nimmt ihre thermische Bewegung ab und die Moleküle drängen sich eng genug zusammen, um die intermolekularen Kräfte wieder herzustellen.

Schließlich wandelt sich die Flüssigkeit in ihre feste Form um. Das Einfrieren ist ein exothermer Prozess, dessen Enthalpiewert – mit wenigen Ausnahmen – negativ ist.

Substanzen gefrieren in der Regel bei etwa der gleichen Temperatur, bei der sie schmelzen. Obwohl die Enthalpie des Einfrierens negativ ist, ist ihre Größe die gleiche wie die der Schmelzenthalpie

.

Wenn ein Stoff an seinem Schmelzpunkt oder Gefrierpunkt gehalten wird, koexistieren die feste und die flüssige Phase.