Als Schmelzen bezeichnet man den Übergang
vom festen in den flüssigen Aggregatzustand, als Erstarren
den umgekehrten Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatzustand.
Dabei gilt:
- Wird einem festen Körper Wärme zugeführt, dann geht er bei der Schmelztemperatur in den flüssigen Aggregatzustand über. Die zum Schmelzen erforderliche Wärme wird als Schmelzwärme bezeichnet.
- Wird einer Flüssigkeit Wärme entzogen, dann geht sie bei der Erstarrungstemperatur in den festen Aggregatzustand über. Die beim Erstarren frei werdende Wärme wird als Erstarrungswärme bezeichnet.
- Während des Schmelzens und des Erstarrens bleibt die Temperatur eines Körpers gleich groß.
- Beim Schmelzen vergrößert sich das Volumen eines Körpers, bei Erstarren verringert es sich. Wasser ist eine Ausnahme. Bei Wasser wird im Unterschied zu anderen Stoffen das Volumen beim Erstarren (Gefrieren) größer.
Die Zusammenhänge beim Schmelzen und Erstarren sind in Bild 2 dargestellt. Dabei gilt:
- Schmelztemperatur und Erstarrungstemperatur sind gleich groß. Sie hängen vom jeweiligen Stoff und vom Druck ab.
- Schmelzwärme und Erstarrungswärme sind für einen bestimmten Stoff ebenfalls gleich groß.
Schmelz- und Erstarrungstemperaturen
Die Schmelz- bzw. Erstarrungstemperaturen können sehr unterschiedlich
sein. Meist werden diese Temperaturen auf den normalen Luftdruck von 1
013 hPa bezogen. Dabei ist zu beachten: Es gibt auch Stoffe für
die man keine genaue Schmelztemperatur, sondern nur einen Temperaturbereich
angeben kann, in dem sie schmelzen. Es sind sogenannte amorphe
Stoffe. Zu ihnen gehören z.B. Wachs und Glas.
Bei Wasser und teilweise auch bei anderen Stoffen spielt die Druckabhängigkeit
der Schmelztemperatur eine Rolle.
Für Wasser gilt:
Je größer der Druck ist, desto
niedriger ist die Schmelztemperatur von Eis.
Wird z.B. mit Schlittschuhkufen ein großer Druck auf Eis ausgeübt,
so schmilzt das Eis an den betreffenden Stellen auch bei Temperaturen
weit unter dem Gefrierpunkt von 0 °C. Man gleitet mit den Schlittschuhen
auf einem sehr dünnen Wasserfilm.
Bei fast allen anderen Stoffen, die sich beim Erstarren zusammenziehen,
gilt umgekehrt:
Je größer der Druck ist, desto höher
ist die Schmelztemperatur.
Spezifische Schmelzwärme und
Schmelzwärme
Zum Schmelzen eines Stoffe ist Wärme erforderlich, die beim Erstarren
wieder frei wird. Die für einen Stoff zum Schmelzen erforderliche
Wärme wird durch die spezifische Schmelzwärme
charakterisiert.
Die spezifische
Schmelzwärme gibt an, wie viel Wärme erforderlich ist,
um 1 kg eines Stoffes zu schmelzen.
| Formelzeichen: |  |
‚
| Einheit: | ein Kilojoule je Kilogramm  |
Für 1 kg Eis beträgt diese spezifische Schmelzwärme 334
kJ/kg. Der Temperaturverlauf beim Schmelzen von Eis ist in Bild 4 dargestellt. Zur besseren Vergleichbarkeit wird in der Chemie die Schmelzwärme oft auf die Objektmenge 1 mol des Stoffes bezogen.
Deutung des Schmelzens und Erstarrens
mit dem Teilchenmodell
Mit dem Teilchenmodell lassen sich die Vorgänge beim Schmelzen folgendermaßen deuten:
Bei Zufuhr von Wärme erhöht sich die kinetische Energie der
Teilchen des festen Körpers, die einen bestimmten Platz einnehmen,
um den sie hin- und herschwingen. Die Teilchen bewegen sich heftiger,
ihr mittlerer Abstand voneinander vergrößert sich. Schließlich
können sie ihren festen Platz verlassen und sich beliebig gegeneinander
bewegen. Der Stoff liegt dann als Flüssigkeit vor.
Beim Erstarren vollziehen sich die Vorgänge in umgekehrten Richtung:
Bei Wärmeabgabe verringert sich die kinetische Energie der Teilchen.
Ihr mittlerer Abstand voneinander wird kleiner. Schließlich werden
sie aneinander gebunden und nehmen so einen festen Platz ein, um den sie
hin- und herschwingen.