Phasenänderungen

Phasenübergänge spielen eine wichtige theoretische und praktische Rolle bei der Untersuchung von Wärmefluss. Beim Schmelzen oder fusionieren wird ein Feststoff zu einer Flüssigkeit; der umgekehrte Prozess ist das Gefrieren. Beim Verdampfen wird eine Flüssigkeit zu einem Gas; der umgekehrte Prozess ist die Kondensation.

Eine Substanz schmilzt oder gefriert bei einer Temperatur, die als Schmelzpunkt bezeichnet wird, und siedet oder kondensiert bei ihrem Siedepunkt. Diese Temperaturen hängen vom Druck ab. Hoher Druck begünstigt die dichtere Form der Substanz, daher erhöht hoher Druck typischerweise den Schmelzpunkt und den Siedepunkt, während niedriger Druck sie senkt.

Beispielsweise beträgt der Siedepunkt von Wasser bei 1,00 atm 100 °C. Bei höherem Druck ist der Siedepunkt höher und bei niedrigerem Druck ist er niedriger. Die Hauptausnahme bildet das Schmelzen und Gefrieren von Wasser.

Die Energie, die bei einer Phasenänderung beteiligt ist, hängt von der Anzahl der Bindungen oder Kraftpaaren und deren Stärke ab. Die Anzahl der Bindungen ist proportional zur Anzahl der Moleküle und somit zur Masse der Probe. Die pro Masseneinheit erforderliche Energie, um eine Substanz von der festen Phase in die flüssige Phase zu ändern oder die freigesetzt wird, wenn die Substanz von flüssig zu fest wechselt, wird als Schmelzwärme bezeichnet. Die pro Masseneinheit erforderliche Energie, um eine Substanz von der flüssigen Phase in die gasförmige Phase zu ändern, wird als Verdampfungswärme bezeichnet. Weiterhin sind die latente Schmelzwärme und die latente Verdampfungswärme Stoffkonstanten, die experimentell bestimmt werden können. Diese Konstanten sind "latent", oder verborgen, da in Phasenänderungen Energie ein- oder austritt, ohne eine Änderung der Temperatur im System zu verursachen; die Energie ist also effektiv verborgen.