Der Schmelzpunkt eines Festkörpers ist die Temperatur, bei der er Staat vom festen bis Flüssigkeit ändert. Am Schmelzpunkt die feste und flüssige Phase bestehen im Gleichgewicht. Der Schmelzpunkt einer Substanz hängt (gewöhnlich ein bisschen) auf dem Druck ab und wird gewöhnlich am Standarddruck angegeben. Wenn betrachtet, als die Temperatur der Rückänderung von Flüssigkeit bis Festkörper wird es den Gefrierpunkt oder Kristallisierungspunkt genannt. Wegen der Fähigkeit von einigen Substanzen, zu unterkühlen, wird der Gefrierpunkt als ein charakteristisches Eigentum einer Substanz nicht betrachtet. Wenn der "charakteristische Gefrierpunkt" einer Substanz tatsächlich bestimmt wird, ist die wirkliche Methodik fast immer "der Grundsatz, das Verschwinden aber nicht die Bildung des Eises", d. h. der Schmelzpunkt zu beobachten.

Beispiele

Für die meisten Substanzen sind Schmelzpunkte und Gefrierpunkte ungefähr gleich. Zum Beispiel sind der Schmelzpunkt und Gefrierpunkt des Element-Quecksilbers 234.32 kelvin (38.83 °C oder 37.89 °F). Jedoch besitzen bestimmte Substanzen sich unterscheidende fest-flüssige Übergangstemperaturen. Zum Beispiel schmilzt Agar an 85 °C (185 °F) und wird von 31 °C bis 40 °C (89.6 °F zu 104 °F) fest; dieser Prozess ist als magnetische Trägheit bekannt.

Der Schmelzpunkt des Eises an 1 Atmosphäre des Drucks ist sehr 0 °C nah (32 °F, 273.15 K), das ist auch bekannt als der Eispunkt. In Gegenwart von nucleating Substanzen ist der Gefrierpunkt von Wasser dasselbe, weil der Schmelzpunkt, aber ohne nucleators Wasser zu 42 °C (43.6 °F, 231 K) vor dem Einfrieren unterkühlen kann.

Das chemische Element mit dem höchsten Schmelzpunkt ist Wolfram, an 3683 K (3410 °C, 6170 °F) das Bilden davon ausgezeichnet für den Gebrauch als Glühfäden in Glühbirnen. Der häufig zitierte Kohlenstoff schmilzt am umgebenden Druck, aber den Subkalken an ungefähr 4000 K nicht; eine flüssige Phase besteht nur über dem Druck von 10 MPa und hat 4300-4700 K geschätzt. Tantal-Hafnium-Karbid (TaHfC) ist eine widerspenstige Zusammensetzung mit einem sehr hohen Schmelzpunkt von 4488 K (4215 °C, 7619 °F). Am anderen Ende der Skala friert Helium überhaupt am normalen Druck sogar bei Temperaturen sehr in der Nähe von der absoluten Null nicht; Druck mehr als 20mal normaler atmosphärischer Druck ist notwendig.

Schmelzpunkt-Maße

Viele Labortechniken bestehen für den Entschluss von Schmelzpunkten.

Eine Kofler Bank ist ein Metallstreifen mit einem Temperaturanstieg (Reihe von der Raumtemperatur bis 300 °C). Jede Substanz kann auf einer Abteilung des Streifens gelegt werden, der sein Thermalverhalten bei der Temperatur an diesem Punkt offenbart. Differenzial, calorimetry scannend, gibt Information über den Schmelzpunkt zusammen mit seiner Schmelzenthalpie.

Ein grundlegender Schmelzpunkt-Apparat für die Analyse von kristallenen Festkörpern besteht aus einem Ölbad mit einem durchsichtigen Fenster (grundlegendstes Design: eine Tube von Thiele) und ein einfaches Vergrößerungsglas. Die mehreren Körner eines Festkörpers werden in eine dünne Glastube gelegt und teilweise ins Ölbad versenkt. Das Ölbad wird geheizt (und gerührt) und mithilfe vom Vergrößerungsglas (und leichte Außenquelle) das Schmelzen der individuellen Kristalle bei einer bestimmten Temperatur kann beobachtet werden. In großen/kleinen Geräten wird die Probe in einen Heizungsblock gelegt, und optische Entdeckung wird automatisiert.

Das Maß kann auch unaufhörlich mit einem Betriebsprozess gemacht werden. Zum Beispiel messen Ölraffinerien den Stopp-Punkt des Diesels online, meinend, dass die Probe vom Prozess genommen und automatisch gemessen wird. Das berücksichtigt häufigere Maße, weil die Probe nicht manuell gesammelt und in ein entferntes Laboratorium gebracht werden muss.

Thermodynamik

Nicht nur heizen ist erforderlich, die Temperatur des Festkörpers zum Schmelzpunkt zu erheben, aber das Schmelzen von sich verlangt, dass Hitze die Schmelzwärme genannt hat.

Aus einem Thermodynamik-Gesichtspunkt am Schmelzpunkt die Änderung in Gibbs ist freie Energie (ΔG) des Materials Null, aber die enthalpy (H) und das Wärmegewicht (S) des Materials nehmen zu (ΔH, ΔS> 0). Das Schmelzen des Phänomenes geschieht, wenn der Gibbs freie Energie der Flüssigkeit niedriger wird als der Festkörper für dieses Material. Am verschiedenen Druck geschieht das bei einer spezifischen Temperatur. Es kann auch dass gezeigt werden:

:

Hier sind T, ΔS und ΔH beziehungsweise die Temperatur am Schmelzpunkt, der Änderung des Wärmegewichtes des Schmelzens und der Änderung von enthalpy des Schmelzens.

Der Schmelzpunkt ist zu äußerst großen Änderungen im Druck empfindlich, aber allgemein ist diese Empfindlichkeit Größenordnungen weniger als das für den Siedepunkt, weil der fest-flüssige Übergang nur ein Kleingeld im Volumen vertritt. Wenn, wie beobachtet, in den meisten Fällen, eine Substanz im Festkörper dichter ist als im flüssigen Staat, wird der Schmelzpunkt mit Zunahmen im Druck zunehmen. Sonst kommt das Rückverhalten vor. Namentlich ist das Wassers, wie illustriert, grafisch nach rechts, sondern auch von Si, Ge, Georgia, Bi der Fall. Mit äußerst großen Änderungen im Druck werden wesentliche Änderungen zum Schmelzpunkt beobachtet. Zum Beispiel ist der Schmelzpunkt von Silikon am umgebenden Druck (0.1 MPa) 1415 °C, aber am Druck über 10 GPa nimmt es zu 1000 °C ab.

Schmelzpunkte werden häufig verwendet, um organische und anorganische Zusammensetzungen zu charakterisieren und ihren festzustellen. Der Schmelzpunkt einer reinen Substanz ist immer höher und hat eine kleinere Reihe als der Schmelzpunkt einer unreinen Substanz oder mehr allgemein Mischungen. Je höher die Menge anderer Bestandteile, desto tiefer der Schmelzpunkt und das breitere die Schmelzpunkt-Reihe, häufig gekennzeichnet als die teigige Reihe sein werden. Die Temperatur, bei der das Schmelzen für eine Mischung beginnt, ist als der Schrägstrich bekannt, während die Temperatur, wo das Schmelzen abgeschlossen ist, den liquidus genannt wird. Eutektika sind spezielle Typen von Mischungen, die sich wie einzelne Phasen benehmen. Sie schmelzen scharf bei einer unveränderlichen Temperatur, um eine Flüssigkeit derselben Zusammensetzung zu bilden. Wechselweise, eine Flüssigkeit mit der eutektischen Zusammensetzung abkühlend, wird wie gleichförmig verstreut, kleine (feinkörnige) Mischkristalle mit derselben Zusammensetzung fest werden.

Im Gegensatz zu kristallenen Festkörpern besitzt Brille keinen Schmelzpunkt;

heizend erleben sie einen glatten Glasübergang in eine klebrige Flüssigkeit.

Nach der weiteren Heizung erweichen sie sich allmählich, der durch bestimmte sich erweichende Punkte charakterisiert werden kann.

Gefrierpunkt-Depression

Der Gefrierpunkt eines Lösungsmittels wird niedergedrückt, wenn eine andere Zusammensetzung hinzugefügt wird, bedeutend, dass eine Lösung einen niedrigeren Gefrierpunkt hat als ein reines Lösungsmittel. Dieses Phänomen wird in technischen Anwendungen verwendet, um zu vermeiden, zum Beispiel durch das Hinzufügen des Salz- oder Äthylen-Glykols zu Wasser zu frieren.

Die Regierung von Carnelley

In der organischen Chemie-Regierung von Carnelley, gegründet 1882 von Thomas Carnelley, hat festgestellt, dass hohe molekulare Symmetrie mit dem hohen Schmelzpunkt vereinigt wird. Carnelley hat seine Regierung auf der Überprüfung 15,000 chemischer Zusammensetzungen gestützt. Zum Beispiel für drei strukturelle isomers mit der molekularen Formel CH vergrößert der Schmelzpunkt in der Reihe isopentane 160 °C (113 K) n-pentane 129.8 °C (143 K) und neopentane 18 °C (255 K). Ebenfalls in xylenes und auch dichlorobenzenes der Schmelzpunkt nimmt in der Ordnung meta, ortho und dann dem Absatz zu. Pyridin hat eine niedrigere Symmetrie als Benzol folglich sein niedrigerer Schmelzpunkt, aber der Schmelzpunkt nimmt wieder mit diazine und triazines zu. Viele einem Käfig ähnliche Zusammensetzungen wie adamantane und cubane mit der hohen Symmetrie haben sehr hohe Schmelzpunkte.

Ein hoher Schmelzpunkt ergibt sich aus einer hohen Schmelzwärme, einem niedrigen Wärmegewicht der Fusion oder einer Kombination von beiden. In hoch symmetrischen Molekülen ist die Kristallphase mit vielen effizienten zwischenmolekularen Wechselwirkungen dicht gepackt, die auf eine höhere Enthalpy-Änderung auf dem Schmelzen hinauslaufen.

Das Voraussagen des Schmelzpunkts von Substanzen (das Kriterium von Lindemann)

Ein Versuch, den Hauptteil-Schmelzpunkt von kristallenen Materialien vorauszusagen, wurde zuerst 1910 von Frederick Lindemann gemacht. Die Idee hinter der Theorie war die Beobachtung, dass der durchschnittliche Umfang von Thermalvibrationen mit der Erhöhung der Temperatur zunimmt. Das Schmelzen von Eingeweihten, wenn der Umfang des Vibrierens groß genug für angrenzende Atome wird, um denselben Raum teilweise zu besetzen. Das Kriterium von Lindemann stellt fest, dass das Schmelzen erwartet wird, wenn die Wurzel bedeutet, dass Quadratvibrieren-Umfang einen Schwellenwert überschreitet.

Annehmend, dass alle Atome in einem Kristall mit derselben Frequenz ν vibrieren, kann die durchschnittliche Thermalenergie mit dem equipartition Lehrsatz als geschätzt werden

:

E = 4\pi^2 M \nu^2~u^2 = k_B T

</Mathematik>

wo M die Atommasse ist, ist ν die Frequenz, u ist der durchschnittliche Vibrieren-Umfang, k ist der Boltzmann unveränderlich, und T ist die absolute Temperatur. Wenn der Schwellenwert von u ca ist, wo c der Lindemann unveränderlich ist und des Atomabstands zu sein, dann wird der Schmelzpunkt als geschätzt

:

T_m = \cfrac {4\pi^2 M \nu^2 c^2 a^2} {k_B}.

</Mathematik>

Mehrere andere Ausdrücke für die geschätzte schmelzende Temperatur können abhängig von der Schätzung der durchschnittlichen Thermalenergie erhalten werden. Ein anderer allgemein verwendeter Ausdruck für das Kriterium von Lindemann ist

:

T_m = \cfrac {M \nu^2 c^2 a^2} {k_B}.

</Mathematik>

Vom Ausdruck für die Frequenz von Debye für ν haben wir

:

T_m = \cfrac {2\pi M c^2 a^2 \theta_D^2 k_B} {h^2 }\

</Mathematik>

wo θ die Temperatur von Debye ist und h der unveränderliche Planck ist. Werte von c erstrecken sich von 0.15-0.3 für die meisten Materialien.

Offene Schmelzpunkt-Daten

Im Februar 2011 hat Alfa Aesar mehr als 10,000 Schmelzpunkte von Zusammensetzungen aus ihrem Katalog als Offene Daten veröffentlicht. Das sind Daten curated gewesen und sind für das Download frei verfügbar. Das Daten sind verwendet worden, um ein zufälliges Waldmodell für die Schmelzpunkt-Vorhersage zu schaffen, die jetzt als ein freier verfügbar ist, um webservice zu verwenden. Hoch sind curated und offene Schmelzpunkt-Daten auch vom Natur-Vorüberlassen verfügbar.

Siehe auch

• Liste von Elementen durch den Schmelzpunkt
• Phasen der Sache
• Dreifacher Punkt
• Temperatur von Liquidus
• Gleitschmelzpunkt
• Schrägstrich-Temperatur

Links

• Das Schmelzen und Siedepunkt-Tische vol. 1 durch Thomas Carnelley (Harrison, London, 1885-1887)
• Das Schmelzen und Siedepunkt-Tische vol. 2 durch Thomas Carnelley (Harrison, London, 1885-1887)
• ONS Schmelzpunkt-Forscher mehr als 10,000 Offene Datenschmelzpunkte.