Back to chapter

11.10:

Faseovergangen: Smelten en Bevriezen

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Phase Transitions: Melting and Freezing

Languages

Share

De deeltjes van een vaste stof pakken zich stevig samen door aantrekkende krachten en trillen op vaste posities zonder het rooster te verstoren. Door de toevoeging van warmte stijgt de thermische energie van de deeltjes en gaan ze sneller trillen. De deeltjes bewegen en herschikken door de intermoleculaire krachten gedeeltelijk te overwinnen.Vervolgens stort het rooster in en smelt de vaste stof. Deze overgang van vast naar vloeibaar wordt smelten of fusie genoemd, en de temperatuur waarbij het plaatsvindt, wordt het smeltpunt of het smeltpunt genoemd. De verandering in enthalpie die nodig is om 1 mol van een vaste stof volledig te smelten op het smeltpunt, wordt de molaire smeltwarmte of de molaire smeltenthalpie genoemd.Omdat smelten bijna altijd energie vereist, is het een endotherm proces met een positieve enthalpie-waarde op enkele uitzonderingen na. Als een mol ijs bijvoorbeeld 6, 02 kilojoule warmte-energie uit zijn omgeving opneemt, stijgt de temperatuur. Wanneer de temperatuur 0 graden Celsius bereikt, begint het te smelten.Voor elke stof is de smeltwarmte lager dan de verdampingswarmte. Terwijl het smelten van een mol ijs bijvoorbeeld slechts 6, 02 kilojoule energie vereist, vereist het verdampen van een mol water 40, 8 kilojoule energie. Dit komt omdat verdamping de volledige scheiding van moleculen inhoudt door zich los te breken van bijna alle intermoleculaire krachten.Ter vergelijking:bij het smelten worden de aantrekkingskrachten slechts gedeeltelijk overwonnen terwijl de moleculen in nauw contact blijven. Het omgekeerde van fusie, dat wil zeggen de overgang van vloeibaar naar vast, wordt bevriezing of stolling genoemd. Wanneer vloeistoffase-moleculen energie verliezen, neemt hun thermische beweging af en pakken de moleculen zich dicht genoeg bij elkaar om de intermoleculaire krachten te herstellen.Uiteindelijk wordt de vloeistof omgezet in zijn vaste vorm. Bevriezing is een exotherm proces en de enthalpie-waarde is negatief op een paar uitzonderingen na. Stoffen bevriezen doorgaans bij ongeveer dezelfde temperatuur waarop ze smelten.Hoewel de bevriezingsenthalpie negatief is, is de grootte ervan hetzelfde als de fusie-enthalpie. Wanneer een stof op zijn smelt-of vriespunt wordt gehouden, bestaan de vaste en vloeibare fasen naast elkaar.

11.10:

Faseovergangen: Smelten en Bevriezen

Heating a crystalline solid increases the average energy of its atoms, molecules, or ions, and the solid gets hotter. At some point, the added energy becomes large enough to partially overcome the forces holding the molecules or ions of the solid in their fixed positions, and the solid begins the process of transitioning to the liquid state or melting. At this point, the temperature of the solid stops rising, despite the continual input of heat, and it remains constant until all of the solid is melted. Only after all of the solid has melted will continued heating increase the temperature of the liquid.

If heating is stopped during melting and the solid-liquid mixture is placed in a perfectly insulated container so no heat can enter or escape, the solid and liquid phases will remain in equilibrium. This is almost the situation with a mixture of ice and water in a very good thermos bottle; almost no heat gets in or out, and the mixture of solid ice and liquid water remains for hours. In a mixture of solid and liquid at equilibrium, the reciprocal processes of melting and freezing occur at equal rates, and the quantities of solid and liquid, therefore, remain constant. The temperature at which the solid and liquid phases of a given substance are in equilibrium is called the melting point of the solid or the freezing point of the liquid.

Use of one term or the other is normally dictated by the direction of the phase transition being considered, for example, solid to liquid (melting) or liquid to solid (freezing). The enthalpy of fusion and the melting point of a crystalline solid depend on the strength of the attractive forces between the units present in the crystal. Molecules with weak attractive forces form crystals with low melting points. Crystals consisting of particles with stronger attractive forces melt at higher temperatures.

The amount of heat required to change one mole of a substance from the solid state to the liquid state is the enthalpy of fusion, ΔHfus of the substance. The enthalpy of fusion of ice is 6.0 kJ/mol at 0 °C. Fusion (melting) is endothermic.

Eq1

The reciprocal process, freezing, is an exothermic process whose enthalpy change is −6.0 kJ/mol at 0 °C:

Eq1

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 10.3: Phase Transitions.