Schmelzenthalpie

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Die Schmelzenthalpie (veraltet auch Schmelzwärme) bezeichnet die Energiemenge, die benötigt wird, um eine Stoffprobe an ihrem Schmelzpunkt bei konstantem Druck (isobar) zu schmelzen, also vom festen in den flüssigen Aggregatzustand zu überführen. Verwandt mit der Schmelzenthalpie ist die Schmelzenergie, die die Energie beschreibt, die einer festen Probe an ihrem Schmelzpunkt zugeführt werden muss, um sie bei konstantem Volumen (isochor) zu schmelzen.

In beiden Fällen wird die zugeführte Energie dazu aufgewendet, anziehende intramolekulare Kräfte zwischen den Teilchen der Probe (Atome, Moleküle oder Ionen) zu überwinden, sodass beim Schmelzen Geschwindigkeit der Teilchen und Temperatur des Stoffes nicht ansteigen (unendliche Wärmekapazität).

Die Schmelzenthalpie eines Stoffes weist den gleichen Betrag auf wie die Erstarrungsenthalpie des Stoffes, die bei der Kristallisation des Stoffes frei wird. Um zu kennzeichnen, dass die Probe (das System) beim Schmelzen Energie aufnimmt und beim Erstarren abgibt/verliert, weist die Schmelzenthalpie eines positives und die Erstarrungsenthalpie ein negatives Vorzeichen auf.

Größen und Einheiten[Bearbeiten]

Einheit der Schmelzenthalpie[Bearbeiten]

Die Schmelzenthalpie \textstyle H_\text{fus} ist eine Energie. Im Internationalen Größensystem (ISQ) hat sie daher die Dimension

\dim H_\text{fus} = \mathrm{L}^2 \cdot \mathrm{M} \cdot \mathrm{T}^{-2}

und somit im Internationalen Einheitensystem (SI) die kohärente abgeleitete SI-Einheit Joule:

\left[H_\text{fus}\right] = \frac{\mathrm{kg} \cdot \mathrm{m}^2}{\mathrm{s}^2} = \mathrm{J} [1]

Spezifische Schmelzenthalpie[Bearbeiten]

Die zur Schmelzenthalpie gehörige Stoffkonstante ist die spezifische Schmelzenthalpie \textstyle h_\text{fus}. Sie ist die Schmelzenthalpie \textstyle H_\text{fus} einer Probe des Stoffes, bezogen auf die Masse \textstyle m der Probe:

h_\text{fus} = \frac{H_\text{fus}}{m}

Sie wird dementsprechend in der Einheit Joule pro Kilogramm angegeben:

\left[h_\text{fus}\right] = \frac{\mathrm{J}}{\mathrm{kg}} [1]

Molare Schmelzenthalpie[Bearbeiten]

In der Chemie ist statt der spezifischen die molare Schmelzenthalpie \textstyle H_\text{m,fus} gebräuchlich. Sie ist die Schmelzenthalpie \textstyle H_\text{fus}, bezogen auf die Stoffmenge \textstyle n:

H_\text{m,fus} = \frac{H_\text{fus}}{n}

Die Einheit lautet somit Joule pro Mol:

\left[H_\text{m,fus}\right] = \frac{\mathrm{J}}{\mathrm{mol}} [2]

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 nicht kohärent ist.

Die spezifische Schmelzenthalpie \textstyle h_\text{fus} und die molare Schmelzenthalpie \textstyle H_\text{m,fus} lassen sich mithilfe der molaren Masse \textstyle M des betrachteten Stoffs ineinander umrechnen:

M = \frac{m}{n} [2]
h_\text{fus} = \frac{H_\text{m,fus}}{M}

Das von der IUPAC für die molare Schmelzenthalpie empfohlene Größenzeichen lautet abweichend \textstyle \mathrm{\Delta}_\text{fus}H.[3]

Der Index \textstyle \text{fus} stammt von enthalpy of fusion, dem englischen Begriff für die Schmelzenthalpie.

Thermodynamischer Zusammenhang zwischen Schmelzenthalpie und -energie[Bearbeiten]

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

\Delta_\text{fus} H = H_\text{(l)} - H_\text{(s)}

Analog ergibt sich die Schmelzenergie aus der Differenz deren inneren Energien:

\Delta_\text{fus} U = U_\text{(l)} - U_\text{(s)}

Aufgrund der fundamentalen thermodynamischen Beziehung

H = U + p \cdot V

ergibt sich damit folgender Zusammenhang zwischen Schmelzenthalpie und -energie:

\Delta_\text{fus} H = \Delta_\text{fus} U + p \cdot \left(V_\text{(l)} - V_\text{(s)}\right)

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b ISO 80000-5:2007, Quantities and units — Part 5: Thermodynamics, korrigierte Fassung vom 1. Juni 2011.
  2. a b ISO 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.