Фазовые переходы: плавление и замерзание

Нагревание кристаллического твердого тела увеличивает среднюю энергию его атомов, молекул или ионов, и твердое тело становится горячее. В какой-то момент добавленная энергия становится достаточно большой, чтобы частично преодолеть силы, удерживающие молекулы или ионы твердого тела в своих фиксированных положениях, и твердое тело начинает процесс перехода в жидкое состояние или плавления. В этот момент температура твердого тела перестает повышаться, несмотря на постоянное воздействие тепла, и она остается постоянной до тех пор, пока все твердое тело не расплавится. Только после расплавления всего твердого тела дальнейшее нагревание приведет к повышению температуры жидкости.

Если во время плавления прекращается нагрев и смесь твердого тела помещается в полностью изолированный контейнер, чтобы не попасть в него и не выйти из него, то твердые и жидкие фазы останутся в равновесии. Это практически ситуация с смесью льда и воды в очень хорошей бутылке-термосе; почти нет тепла в или из, и смесь твердого льда и жидкой воды остается в течение нескольких часов. В смеси твердого и жидкого при равновесии взаимные процессы плавления и замораживания происходят на равных скоростях, и поэтому количество твердого и жидкого остаются постоянными. Температура, при которой твердые и жидкие фазы данного вещества находятся в равновесии, называется температурой плавления твердого тела или точкой замерзания жидкости.

Использование одного или другого термина обычно определяется направлением рассматриваемого фазового перехода, например, от твердого к жидкому (плавление) или от жидкости к твердой (замерзание). Энтальпия синтеза и температура плавления кристаллического твердого тела зависят от прочности силы притяжения между единицами, присутствующими в кристалле. Молекулы со слабым силы притяжения образуют кристаллы с низкими точками плавления. Кристаллы, состоящие из частиц с более сильным расплавом силы притяжения при более высоких температурах.

Количество тепла, необходимое для замены одного моль вещества из твердого состояния на жидкое — энтальпия синтеза, ΔHfus вещества. Энтальпия сплавления льда составляет 6.0 кДж/моль при 0 °C. Плавление (плавление) является эндотермическим.

Обратный процесс, замораживание, является экзотермическим процессом, изменение энтальпии которого составляет –6.0 кДж/моль при 0 °C:

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 10.3: Фазовые переходы.