Kluczowa różnica między temperaturą topnienia a temperaturą zamarzania polega na tym, że temperatura topnienia to temperatura, w której ciało stałe przejdzie w stan ciekły, podczas gdy temperatura zamarzania to punkt, w którym każda ciecz zmieni swój stan na stały.
Zmiany fazowe to procesy, które obejmują uwalnianie lub pozyskiwanie energii. Temperatura topnienia i temperatura zamarzania to punkty, w których zachodzą zmiany fazowe. Dzięki nim zmieni się również wiele innych właściwości materiału. Teoretycznie temperatura krzepnięcia i temperatura topnienia materiału są takie same, ale czasami dla poszczególnych substancji te dwie wartości różnią się od siebie.
Co to jest temperatura topnienia?
Temperatura topnienia to temperatura, w której ciało stałe przechodzi w stan ciekły. Jest to właściwość fizyczna, której możemy użyć do identyfikacji związku. Kiedy ciało stałe przekształca się w fazę płynną, następuje zmiana fazy. Występuje w charakterystycznej temperaturze dla danego ciśnienia. W tym celu musimy dostarczyć wymaganą energię.
Zmiana fazy pochłania energię/ciepło (endotermiczne) podczas przechodzenia ze stanu stałego do cieczy. W większości przypadków energia ta jest dostarczana w postaci ciepła. Ciepło jest potrzebne do podniesienia temperatury ciała stałego do jego temperatury topnienia. Co więcej, substancja potrzebuje energii, aby się stopić. Nazywamy to ciepłem fuzji energii; jest to rodzaj ciepła utajonego.
Ciepło utajone to ciepło, które jest pochłaniane lub uwalniane przez substancję podczas zmiany fazy. Te zmiany ciepła nie powodują zmian temperatury, ponieważ są wchłaniane lub uwalniane. Dlatego w temperaturze topnienia substancja pochłania ciepło, ale temperatura nie zmieni się odpowiednio. Termodynamicznie w temperaturze topnienia zmiana energii swobodnej Gibbsa wynosi zero. Poniższe równanie obowiązuje dla materiału w temperaturze topnienia. Pokazuje, że temperatura się nie zmienia, ale zmienia się entalpia i entropia materiału.
ΔS=ΔH/T
Ponieważ substancja pochłania energię, entalpia wzrasta w temperaturze topnienia. W stanie stałym cząstki są dobrze uporządkowane i poruszają się mniej. Ale w stanie ciekłym ich losowy charakter wzrasta. Dlatego w temperaturze topnienia wzrasta entropia. W zależności od ciśnienia, dany materiał ma określoną temperaturę topnienia. Możemy określić tylko temperatury topnienia ciał stałych.
Rysunek 01: Punkty topnienia różnych pierwiastków chemicznych
W laboratorium możemy użyć wielu technik do określenia temperatury topnienia. Używanie aparatu do pomiaru temperatury topnienia jest bardzo łatwe. Do kapilary, w której jeden koniec jest zamknięty, możemy włożyć trochę drobno sproszkowanego ciała stałego. Następnie do aparatu należy włożyć zapieczętowany koniec zawierający substancję stałą. Tutaj koniec powinien dotykać metalu w środku. Następnie możemy obserwować ciało stałe przez szkło powiększające aparatu. Jest też termometr do rejestracji temperatury. Gdy temperatura stopniowo wzrasta, metal się nagrzewa, a ciało stałe w kapilarze również się nagrzeje. Możemy obserwować moment, w którym zaczyna się i kończy topienie. I ten zakres odpowiada temperaturze topnienia. Temperatura topnienia wody wynosi 0 °C. Wolfram ma najwyższą temperaturę topnienia, która wynosi 3410 °C.
Co to jest punkt zamarzania?
Punkt zamarzania to temperatura, w której dowolna ciecz zmieni swój stan na stały. Temperatura topnienia i temperatura zamarzania materiału jest mniej więcej taka sama. Na przykład woda zamienia się w lód w temperaturze 0°C, a jej temperatura topnienia również wynosi 0°C. Dokładniej, punkt zamarzania opisuje zmianę fazy materii.
Rysunek 02: Zamrażanie lodu z form wodnych
Ponadto proces zamrażania substancji zmniejsza entropię. W chemii istnieje termin „obniżenie temperatury zamarzania”, który wyjaśnia, w jaki sposób obecność nielotnej substancji rozpuszczonej w roztworze obniża temperaturę zamarzania rozpuszczalnika.
Jaka jest różnica między temperaturą topnienia a temperaturą zamarzania?
Temperatura topnienia i temperatura zamarzania to przeciwne kierunki tej samej zmiany fazy. Kluczową różnicą między temperaturą topnienia a temperaturą zamarzania jest to, że temperatura topnienia to temperatura, w której ciało stałe przejdzie w stan ciekły, podczas gdy temperatura zamarzania to punkt, w którym każda ciecz zmieni swój stan na stały. Ponadto istnieje również różnica między temperaturą topnienia a temperaturą zamarzania pod względem ich zmiany entropii; podczas topienia ciała stałego entropia wzrasta, ale podczas zamrażania entropia maleje. Poza tym, choć teoretycznie temperatury topnienia i krzepnięcia są podobne dla danego materiału, to w praktyce nieznacznie się różnią.
Podsumowanie – Temperatura topnienia a temperatura zamarzania
Temperatura topnienia i temperatura zamarzania to dwie fizyczne właściwości substancji. Kluczową różnicą między temperaturą topnienia a temperaturą zamarzania jest to, że temperatura topnienia to temperatura, w której ciało stałe przejdzie w stan ciekły, podczas gdy temperatura zamarzania to punkt, w którym dowolna ciecz zmieni swój stan na stały.
