Physikalische Zustandsänderungen: Schmelzen, Sieden & Verdampfen

Gesetze des Schmelzens

• Schmilzt eine reine Substanz, geschieht dies bei einer konstanten Temperatur, der Schmelztemperatur.
• Während des Schmelzvorgangs bleibt die Temperatur konstant, solange feste und flüssige Phasen koexistieren.
• Beim Abkühlen erstarren reine Flüssigkeiten bei derselben Temperatur, bei der sie schmelzen.
• Während der Erstarrung bleibt die Temperatur unverändert.

Der Schmelzpunkt und Erstarrungspunkt eines reinen Stoffes sind charakteristische Eigenschaften, die zur Identifizierung verwendet werden können. Ändert sich die Temperatur einer Substanz während eines Phasenübergangs, handelt es sich nicht um eine reine Substanz.

Verdampfung und Sieden

Die Verdampfung ist der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand. Dies kann auf zwei Arten erfolgen: durch Sieden oder durch Verdunstung.

Gesetze des Siedens

• Eine Flüssigkeit siedet bei einer bestimmten Temperatur, die vom Druck abhängt (z. B. Wasser bei 100 °C bei 1013 hPa).
• Während des gesamten Siedevorgangs bleibt die Temperatur konstant.

Der Siedepunkt ist der Übergang von Flüssigkeit zu Dampf bei einer bestimmten Temperatur. Erhöht sich der Druck, steigt die Siedetemperatur; sinkt der Druck, nimmt sie ab.

Latente Wärme

Die Schmelzwärme ist die Energie, die benötigt wird, um ein Kilogramm eines Stoffes, der bereits die Schmelztemperatur erreicht hat, zu schmelzen (Formel: Q = m · L). Die Siedewärme ist die entsprechende Energie, um ein Kilogramm eines Stoffes bei Siedetemperatur vollständig zu verdampfen.

Verdunstung

Die Verdunstung ist ein langsamer Übergang von Flüssigkeit zu Dampf unterhalb der Siedetemperatur. Sie findet nur an der freien Oberfläche statt, die mit der Atmosphäre in Kontakt steht.

Faktoren der Verdunstung

1. Art der Flüssigkeit: Manche Flüssigkeiten sind flüchtiger als andere.
2. Oberfläche: Je größer die freie Oberfläche, desto schneller verdampft die Flüssigkeit.
3. Temperatur: Höhere Temperaturen beschleunigen den Prozess.
4. Lüftung: Wind beschleunigt die Verdunstung.

Interpretation nach der kinetischen Theorie

An der Oberfläche können Teilchen mit ausreichend hoher Geschwindigkeit die Anziehungskräfte der anderen Moleküle überwinden und entweichen. Steigt die Temperatur, erhöht sich die Anzahl dieser Teilchen. Wind trägt die verdampften Teilchen ab und verhindert eine Rekondensation. Da die schnellsten Moleküle die Flüssigkeit verlassen, entziehen sie der Umgebung Energie, was zu einer Abkühlung führt.

Sublimation

Die Sublimation ist der direkte Übergang vom festen in den gasförmigen Zustand. Der umgekehrte Vorgang (Gas zu fest) wird als Resublimation (oder Kristallisation) bezeichnet. Beispiele für sublimierende Stoffe sind Trockeneis, Kampfer und Naphthalin.