Es gibt so viele Fragen wie zum Beispiel, wie der Druck mit dem Schmelzpunkt zusammenhängt. Warum beeinflusst es den Schmelzpunkt? All das werden wir beantworten.
Die spezifische Temperatur, bei der ein Feststoff flüssig wird, wird als Schmelzpunkt bezeichnet. Da ein Stoff im festen Zustand im Vergleich zur Dichte im flüssigen Zustand eine höhere Dichte hat, wird in den meisten Fällen beobachtet, dass der Schmelzpunkt mit steigender Temperatur ansteigt.
Aber Wasser macht hiervon eine Ausnahme. Im Falle von Wasser, wenn der Druck ansteigt Schmelzpunkt des Eises nimmt ab. Einem Feststoff soll Wärme zugeführt werden, um ihn zu verflüssigen. Diese Wärme wird als Schmelzwärme bezeichnet. Der Schmelzpunkt eines Festkörpers zeigt, dass die Änderung der freien Gibbs-Energie null ist.
Aber die Werte der Enthalpieänderung (∆H) und der Entropieänderung (∆S) nehmen zu (∆G=0, ∆H>0, ∆S>0). Die Bedingung für das Schmelzen eines Feststoffs ist, dass seine freie Gibbs-Energie in der festen Phase größer sein sollte als die freie Gibbs-Energie in der flüssigen Phase. Thermodynamisch,
∆S= ∆H/T wobei T die Temperatur des Schmelzpunktes bezeichnet
Schmelzpunkt und Druckverhältnis
Es gibt eine gemeinsame Beziehung zwischen Schmelzpunkt und Druck, das heißt, der Schmelzpunkt ist bei den meisten Materialien direkt proportional zum Druck. Ein sehr häufiger Grund dafür ist, dass, wenn Druck auf ein festes Material ausgeübt wird, es dichter und kompakter wird.
Daher braucht es mehr Energie, um geschmolzen zu werden. Das bedeutet, dass auch die Temperatur, die für das Schmelzen dieses Feststoffs verantwortlich ist, erhöht werden muss. Das bedeutet, dass auch der Schmelzpunkt dieses Materials ansteigt.
Ändert sich der Schmelzpunkt mit dem Druck und wie?
Es gibt ein LeChatelier-Prinzip, das sich mit Druck befasst, der der äußere physikalische Zustand der Materie ist. Es besagt, dass wenn sich ein äußerer physikalischer Zustand einer Materie ändert, die Tendenz besteht, das Gleichgewicht des Systems zu beenden.
Dann versucht das System, sich an die aufgetretenen Änderungen zu gewöhnen. Wenn ein fester Stoff erhitzt wird, entfernen sich seine Moleküle voneinander.
Wenn der intermolekulare Raum zwischen den Molekülen aufgrund der Abnahme der intermolekularen Anziehungskraft zunimmt, geht der Feststoff in den flüssigen Zustand über. Im Falle von Eis wird es beim Erhitzen zu Wasser geschmolzen.
Daher kann uns das LeChatelior-Prinzip helfen zu verstehen, wie die Wirkung von Druck auf Eis den Schmelzpunkt verändern kann. Das Eiswassersystem wird am unteren Punkt ein Gleichgewicht erreichen, wenn der Druck auf das Eis zunimmt. Wir alle wissen, dass das Eisvolumen geringer ist als das Eisvolumen. Daher nimmt das Eis weniger Raum ein als das Wasser.
Es gibt eine umgekehrte Beziehung zwischen dem Druck und dem Schmelzpunkt von Eis, die allen bekannt ist. Wenn also der Druck auf dem Eis zunimmt, nimmt sein Volumen weiter ab. Daher sinkt auch der Schmelzpunkt von Eis. Das bedeutet, dass bei einem Eiswassersystem der Schmelzpunkt umgekehrt proportional zum Druck ist.
Warum beeinflusst Druck den Schmelzpunkt?
Mit Hilfe eines Phasendiagramms können wir den Grund für Druck beschreiben, der den Schmelzpunkt eines Festkörpers beeinflusst. Dieses Diagramm hilft uns, die Abhängigkeit des Übergangs von Temperatur und Druck zu zeigen.
Im Diagramm bleibt die gasförmige Phase im unteren Teil, wo der Druck niedrig bleibt. Die feste Phase verbleibt im linken Teil des Diagramms, wo die Temperatur niedrig ist und die Flüssigkeit zwischen der festen und der gasförmigen Phase verbleibt.
Dreifacher Punkt bezieht sich auf einen Punkt, an dem feste, flüssige und gasförmige Phasen im Gleichgewicht bleiben. Die flüssige Phase bleibt an diesem Punkt stabil. Schmelzpunkte der meisten Feststoffe werden durch die durchgezogene grüne Linie im Diagramm angezeigt.
Die Abhängigkeit des Schmelzpunktes vom Druck ist viel geringer als die Abhängigkeit des Siedepunktes vom Druck. Dies geschieht, weil die Volumenänderung beim Übergang von fest zu flüssig sehr unbedeutend ist.
Wenn der Druck hoch wird, erhöht sich auch der Schmelzpunkt, da die meisten Flüssigkeiten eine geringere Dichte als die Feststoffe haben.
Die gepunktete grüne Linie oben Phasendiagramm gibt den Schmelzpunkt an aus Wasser. Der Fall von Wasser ist eine Ausnahme, da Wasser dichter als Eis ist. Die Erhöhung des Drucks führt zu einer Verringerung des Schmelzpunkts von Eis.
Beziehung zwischen Dampfdruck und Schmelzpunkt
Der Schmelzpunkt eines Feststoffs und sein Dampfdruck halten eine positive Beziehung zwischen ihnen aufrecht. Das heißt, wenn der Dampfdruck steigt, steigt auch der Schmelzpunkt eines Feststoffs.
Beziehung zwischen atmosphärischem Druck und Schmelzpunkt
Die Beziehung zwischen Atmosphärendruck und Schmelzpunkt ist positiv. Dies bedeutet, dass eine Erhöhung des Drucks auf einen Feststoff eine Erhöhung des Schmelzpunkts dieses Feststoffs mit sich bringt. Wir alle wissen, dass ein Feststoff, wenn er flüssig wird, mehr Volumen annimmt.
Im flüssigen Zustand nimmt die intermolekulare Anziehungskraft zwischen den Molekülen ab, daher vergrößert sich der intermolekulare Raum zwischen den Molekülen. Dadurch erhöht sich wiederum die Lautstärke.
Wenn also Druck auf einen Festkörper ausgeübt wird, wird es für ihn schwieriger, in den flüssigen Zustand überzugehen, da Druck die Struktur des Festkörpers kompakter und dichter macht. Daher wird es schwierig, die intermolekulare Anziehungskraft zu überwinden und sich zu verflüssigen.
Das ist der Grund, warum die Schmelzpunkt wird erhöht wenn der Druck erhöht wird.
Zusammenhang zwischen Druck und Schmelzpunkt von Eis
Das Eiswassersystem zeigt eine Ausnahme von der Beziehung zwischen Druck und Schmelzpunkt. Bei diesem System ist die Steigung zwischen Schmelzpunkt und Druck negativ, da der Schmelzpunkt von Eis unter Druck sinkt.
Zusammenfassung
In diesem Artikel das gemeinsame Beziehung zwischen Schmelzpunkt und Druck und seine Ausnahme wurden beide in einfachen und verständlichen Worten beschrieben.
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