Grundlagen der Physik: Schmelzpunkt

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Defintion

Der Schmelzpunkt (engl. melting point/ liquefaction point) eines Feststoffes ist die Temperatur, bei welcher sich der Aggregatzustand von fest nach flüssig verändert.


Beschreibung

Am Schmelzpunkt befinden sich der feste und der flüssige Aggregatzustand im Gleichgewicht. Diser ist druckabhängig und ist definiert bei Normalatmosphäre (Details siehe unten).

Der umgekehrte Prozess tritt ein am Gefrier- oder Kristallisationspunkt. Wird eine Flüssigkeit unter ihren Kristallisationspunkt abgekühlt ohne sich zu verfestigen spricht man von „Supercooling“. Im Gegensatz zum Schmelzpunkt ist die Kristallisation- oder Gefriertemperatur deshalb nicht gut geeignet zur Charakterisierung einer Substanz.

Das chemische Element mit dem höchsten Schmelzpunkt ist Wolfram (W, Ordnungszahl 74, engl. tungsten). Dieser liegt bei 3687 K (3414 °C). Einige Substanzen besitzen bei Normalatmosphäre keinen Schmelzpunkt, da sie direkt sublimieren (Übergang fest – gasförmig). Erst bei extremer Druckerhöhung tritt auch ein flüssiger Aggregatzustand auf. So sublimiert Kohlenstoff bei circa 4000K. Wird der Druck auf 10 MPa erhöht kommt es zwischen 4300-4700K zu einer Verflüssigung

Theoretisches Phasendiagramm des Kohlenstoffs. Zeigt die Abhängigkeit des Aggregatzustands von Temperatur und Druck
Theoretisches Phasendiagramm des Kohlenstoffs. Zeigt die Abhängigkeit des Aggregatzustands von Temperatur und Druck

Abhängigkeit Druck – Schmelzpunkt

Der Schmelzpunkt ist nur in geringem Ausmaß vom Druck abhängig. So verändert sich der Schmelzpunkt bei einer Druckerhöhung von 100 bar nur um circa 1 K.


Verhältnis Schmelzpunkt – Gefrierpunkt

Hysterese
Schmelzpunkt (Blau) Siedepunkt (pink) der ersten acht Carbonsäuren

Die meisten Substanzen besitzen einen identischen Schmelz- und Gefrierpunkt.  So liegt dieser bei Quecksilber bei 234,32 Kelvin (-38,83 °C).  Sind beide Temperaturen nicht identisch, spricht man von Hysterese. Als Beispiel dient Wasser. Liegen keimbildende (=Kristallbildende) Substanzen im Wasser vor, sind Gefrier- und Schmelzpunkt identisch bei 273,15K (0°C; 32°F). Ist Wasser hochrein kann es bis zu -42°C supergekühlt werden.


Schmelzpunktbestimmung

Die Bestimmung des Schmelzpunktes  mit einem Schmelzpunktmessgerät ist eine gängige Methode der Probenanalyse, die wesentliche Informationen über Materialzusammensetzung und Reinheit liefert. Diese Analyse ist auch ohne Spezialausrüstung durchführbar. Seit Jahrhunderten wird diese Analyse zur Ermittlung der Reinheit und der Identität einer Substanz oder eines Gemisches eingesetzt. (siehe auch Artikel „Bestimmung des Schmelzpunktes“)

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