Faseveranderingen

Faseovergangen spelen een belangrijke theoretische en praktische rol in de studie van warmtestroming. Bij het smelten of samensmelten verandert een vaste stof in een vloeistof; het tegenovergestelde proces bevriest. Bij verdamping verandert een vloeistof in een gas; het tegenovergestelde proces is condensatie.

Een stof smelt of bevriest bij een temperatuur die het smeltpunt wordt genoemd, en kookt of condenseert bij het kookpunt. Deze temperaturen zijn afhankelijk van de druk. Hoge druk bevordert de dichtere vorm van de stof. Hoge druk verhoogt dus doorgaans het smelt- en kookpunt, en lage druk verlaagt deze.

Het kookpunt van water is bijvoorbeeld 100 °C bij 1,00 atm. Bij hogere drukken is het kookpunt hoger en bij lagere drukken lager. De belangrijkste uitzondering is het smelten en bevriezen van water.

De energie die betrokken is bij een faseverandering hangt af van het aantal bindingen of krachtparen en hun sterkte. Het aantal bindingen is evenredig met het aantal moleculen en dus met de massa van het monster. De energie per massa-eenheid die nodig is om een stof van de vaste fase naar de vloeibare fase te veranderen, of die vrijkomt wanneer de stof van vloeistof naar vaste stof verandert, staat bekend als de smeltwarmte. De energie per massa-eenheid die nodig is om een stof van de vloeibare fase naar de dampfase te veranderen, staat bekend als de verdampingswarmte. Verder zijn de latente smeltwarmte en de latente verdampingswarmte materiaalconstanten die experimenteel kunnen worden bepaald. Deze constanten zijn ‘latent’ of verborgen, omdat bij faseveranderingen energie een systeem binnenkomt of verlaat zonder een temperatuurverandering in het systeem te veroorzaken; dus in feite is de energie verborgen.