Verwarmings- en koelcurven

Het verwarmen of koelen van een stof leidt tot temperatuurveranderingen, gevolgd door faseveranderingen. Het verhitten van een stof verhoogt de thermische energie van zijn moleculen, wat tot uiting komt in een temperatuurstijging totdat het een overgangspunt bereikt. Als de stof voldoende warmte heeft opgenomen, worden de aantrekkingskrachten tussen de moleculen overwonnen, wat leidt tot een faseovergang bij een constante temperatuur.

Als de overgang eenmaal is voltooid, resulteert verwarming in een temperatuurstijging. Wanneer warmte uit de stof wordt verwijderd, komt de afname van de thermische energie van de moleculen overeen met een temperatuurdaling, totdat het een overgangspunt bereikt. Vervolgens blijft de temperatuur constant terwijl sterkere intermoleculaire krachten worden hersteld tijdens de faseverandering.

Het gedrag van een stof als reactie op temperatuurveranderingen kan worden gemodelleerd met behulp van verwarmingscurves of koelcurves, waarbij de temperatuurverandering wordt uitgezet als functie van de toegevoegde of verwijderde warmte. Denk aan een beker gevuld met ijsblokjes, aanvankelijk op 20 graden Celsius. Terwijl de warmte naar binnen stroomt, stijgt de temperatuur van het ijs gestaag.

De hoeveelheid warmte die wordt opgenomen bij het opwarmen van het ijs, hangt af van de specifieke warmtecapaciteit van ijs. Zodra het smeltpunt van ijs is bereikt, stopt de temperatuur ondanks de voortdurend stromende warmte. De effecten van de geabsorbeerde warmte verzwakken de intermoleculaire krachten totdat het ijs volledig smelt tot vloeibaar water.

Het plateau van vast vloeistofevenwicht is kenmerkend voor de faseovergang bij een constante temperatuur. De enthalpie-verandering tussen het begin en het einde van het plateau geeft de hoeveelheid warmte aan die nodig is voor het smeltproces, of met andere woorden, de enthalpie van fusie van water. Nadat het smeltproces is voltooid, resulteert de geabsorbeerde warmte in een overeenkomstige lineaire temperatuurstijging.

De specifieke warmtecapaciteit van water bepaalt de hoeveelheid opgenomen warmte. Bij het kookpunt stopt de temperatuur met stijgen. De geabsorbeerde warmte draagt in plaats daarvan bij aan het overwinnen van de aantrekkingskracht tussen watermoleculen totdat het water volledig verdampt.

Het plateau van vloeistof-gasevenwicht vertegenwoordigt de faseovergang bij een constante temperatuur. De verandering in enthalpie tussen het begin en het einde van het plateau is de enthalpie van verdamping van water. Nadat alle vloeistof is omgezet in damp, zorgt extra warmte ervoor dat de temperatuur weer stijgt.