Heiz- und Kühlkurven

Das Erhitzen oder Kühlen eines Stoffes führt zu Temperaturänderungen, gefolgt von Phasenwechseln.

Das Erhitzen eines Stoffes erhöht die Wärmeenergie seiner Moleküle, die sich als Temperaturanstieg bis zu einem Übergangspunkt widerspiegelt.

Wenn die Substanz genügend Wärme aufgenommen hat, werden die Anziehungskräfte zwischen ihren Molekülen überwunden, was zu einem Phasenübergang bei konstanter Temperatur führt.

Ist der Übergang abgeschlossen, führt das Erhitzen wieder zu einem Temperaturanstieg.

Wenn der Substanz Wärme entzogen wird, entspricht die Abnahme der Wärmeenergie ihrer Moleküle einem Temperaturabfall, bis sie einen Übergangspunkt erreicht.

Dann bleibt die Temperatur konstant, da während des Phasenwechsels wieder stärkere intermolekulare Kräfte hergestellt werden.

Das Verhalten eines Stoffes als Reaktion auf Temperaturänderungen kann mit Hilfe von Heizkurven oder Kühlkurven modelliert werden, wobei die Temperaturänderung als Funktion der zugeführten oder abgeführten Wärme aufgetragen wird.

Stellen Sie sich ein Becherglas vor, das mit Eiswürfeln gefüllt ist, zunächst bei -20 °C. Durch das Einströmen von Wärme steigt die Temperatur des Eises stetig an. Die Menge an Wärme, die bei der Erwärmung des Eises absorbiert wird, hängt von der spezifischen Wärmekapazität des Eises ab.

Ist der Schmelzpunkt von Eis erreicht, steigt die Temperatur trotz der ständig fließenden Wärme nicht mehr an. Die Wirkung der absorbierten Wärme schwächt die intermolekularen Kräfte, bis das Eis vollständig zu flüssigem Wasser schmilzt.

Das Plateau des Fest-Flüssig-Gleichgewichts ist charakteristisch für den Phasenübergang bei konstanter Temperatur. Die Enthalpieänderung zwischen dem Anfang und dem Ende des Plateaus gibt die Wärmemenge an, die für den Schmelzprozess benötigt wird, oder mit anderen Worten, die Enthalpie der Schmelze von Wasser.

Nach Abschluss des Schmelzprozesses führt die aufgenommene Wärme zu einem entsprechenden linearen Temperaturanstieg. Die spezifische Wärmekapazität des Wassers bestimmt die Menge der aufgenommenen Wärme.

Am Siedepunkt hört die Temperatur auf zu steigen. Die aufgenommene Wärme trägt vielmehr dazu bei, die Anziehungskräfte zwischen den Wassermolekülen zu überwinden, bis das Wasser vollständig verdampft.

Das Plateau des Flüssig-Gas-Gleichgewichts stellt den Phasenübergang bei konstanter Temperatur dar. Die Änderung der Enthalpie zwischen dem Anfang und dem Ende des Plateaus ist die Enthalpie der Verdampfung von Wasser.

Nachdem sich die Flüssigkeit in Dampf verwandelt hat, führt zusätzliche Hitze dazu, dass die Temperatur wieder ansteigt.