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Schmelzenthalpie

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DieSchmelzenthalpieHfus{\displaystyle \textstyle H_{\text{fus}}} (engl.enthalpy of fusion, veraltet auchSchmelzwärme oderSchmelzenergie, wobei letzter Begriff genaugenommen etwas anderes bedeutet, s. u.) bezeichnet dieEnergiemenge, die benötigt wird, um eineStoffprobe an ihremSchmelzpunkt bei konstantem Druck (isobar) zuschmelzen, also vomfesten in denflüssigenAggregatzustand zu überführen.

Die zugeführte Energie wird dazu aufgewendet,anziehende intermolekulare Kräfte zwischen den Teilchen (Atome,Moleküle oderIonen) der Probe zu überwinden, so dass beim Schmelzen dieGeschwindigkeit der Teilchen und damit dieTemperatur des Stoffes nicht ansteigen (unendlicheWärmekapazität).

Die Schmelzenthalpie eines Stoffes weist den gleichenBetrag auf wie dieKristallisationsenthalpie, die bei seinerKristallisation frei wird. Um zu kennzeichnen, dass die Probe (dasSystem) beim Schmelzen Energie aufnimmt und beim Erstarren abgibt/verliert, weist die Schmelzenthalpie ein positives und die Kristallisationsenthalpie ein negativesVorzeichen auf:

Hfus=−Herstarr>0{\displaystyle \textstyle H_{\text{fus}}=-H_{\text{erstarr}}>0}

Größen und Einheiten

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Schmelzenthalpie

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Die Schmelzenthalpie ist eine Energie. ImInternationalen Größensystem (ISQ) hat sie daher dieDimension

dim⁡Hfus=L2⋅M⋅T−2{\displaystyle \dim H_{\text{fus}}={\mathsf {L}}^{2}\cdot {\mathsf {M}}\cdot {\mathsf {T}}^{-2}}

und somit imInternationalen Einheitensystem (SI) diekohärente EinheitJoule:[1]

[Hfus]=kg⋅m2s2=J{\displaystyle \left[H_{\text{fus}}\right]={\frac {\mathrm {kg} \cdot \mathrm {m} ^{2}}{\mathrm {s} ^{2}}}=\mathrm {J} }

Spezifische Schmelzenthalpie

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Die zur Schmelzenthalpie gehörigeStoffkonstante ist diespezifische Schmelzenthalpiehfus{\displaystyle \textstyle h_{\text{fus}}}. Sie ist die Schmelzenthalpie einer Probe des Stoffes, bezogen auf dieMassem{\displaystyle \textstyle m} der Probe:

hfus=Hfusm{\displaystyle h_{\text{fus}}={\frac {H_{\text{fus}}}{m}}}

Sie wird dementsprechend in der Einheit Joule proKilogramm angegeben:[1]

[hfus]=Jkg{\displaystyle \left[h_{\text{fus}}\right]={\frac {\mathrm {J} }{\mathrm {kg} }}}

Molare Schmelzenthalpie

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In derChemie ist statt der spezifischen diemolare SchmelzenthalpieHm,fus{\displaystyle \textstyle H_{\text{m,fus}}} gebräuchlich. Sie ist die Schmelzenthalpie, bezogen auf dieStoffmengen{\displaystyle \textstyle n}:

Hm,fus=Hfusn{\displaystyle H_{\text{m,fus}}={\frac {H_{\text{fus}}}{n}}}

Die Einheit lautet somit Joule proMol:[2]

[Hm,fus]=Jmol{\displaystyle \left[H_{\text{m,fus}}\right]={\frac {\mathrm {J} }{\mathrm {mol} }}}

Um bei typischen Stoffen handliche Zahlenwerte zu erhalten, werden die Werte der molaren Schmelzenthalpie gewöhnlich nicht in Joule pro Mol (J/mol), sondern in Kilojoule pro Mol (kJ/mol) angegeben. Beim Rechnen mit molaren Enthalpien in kJ/mol ist zu beachten, dass diese Einheit nichtkohärent ist.

Die spezifische Schmelzenthalpie und die molare Schmelzenthalpie lassen sich mithilfe dermolaren MasseM=mn{\displaystyle M={\tfrac {m}{n}}}[2] des betrachteten Stoffs ineinander umrechnen:

hfus=Hm,fusM{\displaystyle h_{\text{fus}}={\frac {H_{\text{m,fus}}}{M}}}

Das von derIUPAC für die molare Schmelzenthalpie empfohlene Größenzeichen lautet abweichendΔfusH{\displaystyle \textstyle \mathrm {\Delta } _{\text{fus}}H}.[3]

Zusammenhang mit der Schmelzenergie

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Die Schmelzenthalpie ergibt sich aus der Differenz derEnthalpieH(l){\displaystyle H_{\text{(l)}}} des gebildeten flüssigen und der EnthalpieH(s){\displaystyle H_{\text{(s)}}} des umgewandelten festen Stoffes:

ΔfusH=H(l)−H(s){\displaystyle \Delta _{\text{fus}}H=H_{\text{(l)}}-H_{\text{(s)}}}

Analog ergibt sich die Schmelzenergie aus der Differenz dereninneren Energien:

ΔfusU=U(l)−U(s){\displaystyle \Delta _{\text{fus}}U=U_{\text{(l)}}-U_{\text{(s)}}}

Aufgrund der fundamentalen thermodynamischen Beziehung

H=U+p⋅V{\displaystyle H=U+p\cdot V}

ergibt sich damit folgender Zusammenhang zwischen Schmelzenthalpie und -energie:

ΔfusH=ΔfusU+p⋅(V(l)−V(s)){\displaystyle \Delta _{\text{fus}}H=\Delta _{\text{fus}}U+p\cdot \left(V_{\text{(l)}}-V_{\text{(s)}}\right)}

Siehe auch

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Weblinks

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Einzelnachweise

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  1. ↑abISO 80000-5:2007,Quantities and units — Part 5: Thermodynamics, korrigierte Fassung vom 1. Juni 2011.
  2. ↑abISO 80000-9:2009,Quantities and units — Part 9: Physical chemistry and molecular physics, 1. April 2009. Korrigiert durch: ISO 80000-9:2009/Amd.1:2011,Amendment 1 to ISO 80000-9:2009, 1. Juni 2011.
  3. ↑E. R. Cohen, T. Cvitas, J. G. Frey, B. Holmström, K. Kuchitsu, R. Marquardt, I. Mills, F. Pavese, M. Quack, J. Stohner, H. L. Strauss, M. Takami, A. J. Thor:Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry, IUPAC Green Book, 3rd Edition, 2nd Printing, IUPAC & RSC Publishing, Cambridge 2008.
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