Schmelzpunkt
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LoslegenSynonyme: (Tm)
Englisch: melting point
Definition
Der Schmelzpunkt ist die Temperatur, bei der ein Stoff vom festen in einen flüssigen Aggregatszustand übergeht. Er ist außerdem vom Druck abhängig und neben einer Vielzahl von Größen eine Werkstoffeigenschaft. Bei amorphen Werkstoffen wie zum Beispiel Glas und Kunststoff wird anstatt des Schmelzpunktes der Begriff der Übergangstemperatur gebraucht. Hierbei benötigt jeder beliebige Stoff eine gewisse Energie, um die jeweilige inter-und intramolekulare/atomare 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 beträgt etwa ein bar. 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.
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 in Schmelzverfahren zu Nutze um Stoffe bei niedrigeren Temperaturen zu schmelzen. Findet eine Mischung zweier Stoffe statt, zum Zwecke der Schmelzpunkterniedrigung, entscheidet das Verhältnis beider Stoffe zueinander welches Ausmaß die Temperaturerniedrigung besitzt. Erreicht man hierbei ein ideales Verhältnis der Komponenten, so dass die Temperatur nicht weiter gesenkt werden kann, dann spricht man von einem eutektischen Gemisch bzw. dem eutektischen Punkt.
Berechnung des Schmelzpunktes
Als grundlegende Gleichung, von Clausius Clapeyron entwickelt, eignet sich die folgende Formel für die Berechnung des Schmelzpunktes und für viele andere Phasenumwandlungen. Zu erwähnen ist hierbei, dass eventuelle Abweichungen darauf zurückzuführen sind, weil die Clausius-Clapeyron'schne Gleichung auf den Gesetzesmäßigkeiten des idealen Gases aufbaut!
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
Die Druckänderung ist meist unbedeutend. Darüber hinaus erfährt ein Stoff beim Schmelzen in der Regel keine besonders große Volumenänderung. Wenn diese beiden Formelbestandteile vernachlässigt werden, ist die benötigte Schmelztemperatur somit ein Quotient aus Schmelzpunkttemperatur und Schmelzenthalpie.