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Schmelzpunkt

Version vom 1. März 2012, 21:26 Uhr von 178.25.57.35 (Diskussion)

1 Definition

Der Schmelzpunkt wird definiert durch einen Übergang vom festen Aggregatszustand in einen flüssigen Aggregatszustand und ist neben einer Vielzahl von Größen eine Werkstoffeigenschaft. Bei amorphen Werkstoffen wie zum Beispiel Glas und Kunststoffe wird anstatt des Schmelzpunktes der Begriff der Übergangstemperatur gebraucht. Hierbei benötigt jeder beliebige Stoff eine gewisse Energie um die jeweilige Wechselwirkungsenergie im festen Zustand zu überwinden und somit in einen flüssigen Aggregatszustand zu übergehen. Dieser Energiebeitrag wird fast immer thermisch, durch die Temperatur, geliefert. Der Schmelzpunkt ist nur geringfügig vom Druck abhängig, welcher oftmals vernachlässigt werden kann. Um den Schmelzpunkt um 1 K (oder 1°C) zu ändern müsste man den Druck um ca. 100 bar erhöhen, welches mit sehr großen Aufwänden verbunden ist. Zum Vergleich: Der normale Atmosphärendruck auf der Erde wird mit ca. 1 bar angegeben. Somit ist der Schmelzpunkt festgelegt durch eine Schmelztemperatur und den dazugehörigen Druck. Der Schmelzpunkt ist ausschließlich eine Angabe für Reinstoffe; d.h. Stoffe oder Verbindungen, die aus einer Sorte Atomen (einer Sorte eines Elementes) oder Molekülen bestehen. Hierbei ist zu erwähnen, dass der Begriff Schmelztemperatur nur für den betrachteten Temperaturbereich gilt, wenn der Stoff chemisch gesehen nicht umgewandelt wird (Zersetzung oder Zerfall), wie beim Beispiel des Schmelzens von Eis zu Wasser. Hierbei bleibt ein H2O - Molekül chemisch gesehen unverändert. Meist ist der Gefrierpunkt einer Substanz gleichzusetzen mit dem Schmelzpunkt, da hier der gleiche Prozess nur in umgekehrter Reihenfolge stattfindet. Diese Stoffeigenschaft macht man sich häufig bei der qualitativen Analyse zu Nutze, da viele Stoffe einen bestimmten charakteristischen Schmelzpunkt besitzen. Somit kann man Stoffe sehr schnell und ohne großen Aufwand identifizieren.

2 Schmelzpunkterniedrigung und eutektisches Gemisch

Der Schmelzpunkt wird bei verunreinigten Stoffen oft vermindert, weshalb man von der Schmelzpunkterniedrigung spricht. Hierbei ändert sich der Wechselwirkungsenergiebetrag im festen Aggregatszustand durch fremde Atome bzw. Moleküle. Dies macht man sich meist zu Nutze in Schmelzverfahren um Stoffe bei niedrigeren Temperaturen zu schmelzen. Findet eine Mischung zweier Stoffe statt, zum Zwecke der Schmelzpunkterniedrigung, entscheidet das Verhältnis beider Stoffe zueinander die Temperaturerniedrigung. Erreicht man hierbei ein ideales Verhältnis der Komponenten, sodass die Temperatur nicht weiter gesenkt werden kann, dann spricht man von einem eutektischen Gemisch bzw. dem eutektischen Punkt.

3 Berechnung des Schmelzpunktes

Als grundlegende Gleichung, von Clausius Clapeyron entwickelt, eignet sich die folgende Formel für die Berechnung des Schmezpunktes und für viele andere Phasenumwandlungen. Zu erwähnen wäre hierbei, dass eventuelle Abweichungen darauf zurückzuführen sind, weil die Clausius-Clapeyron'schne Gleichung auf den Gesetzesmäßigkeiten des idealen Gases aufbaut!


δT= (Tm*δV*δp) / Hm.

Legende:

  • δT = benötigte Temperaturänderung für das Schmelzen
  • Tm = Temperatur des Schmelzpunktes (meist tabelliert)
  • δV = Differenz des Stoffvolumens zwischen vor und nach dem Schmelzen
  • Hm = Schmelzenthalpie

Wie schon erwähnt ist die Druckänderung meist unbedeutsam und darüber hinaus erfährt ein Stoff beim Schmelzen in der Regel keine besonders große Volumenänderung. Wenn diese beiden Formelbestandteile also vernachlässigt werden, ist die benötigte Schmelztemperatur ein Quotient aus Schmelzpunkttemperatur und Schmelzenthalpie.

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