Schmelzen

Schmelzen

Schmelzen, der Übergang eines Körpers aus dem festen in den flüssigen Zustand durch die Wirkung der Wärme. Die Temperatur, bei der ein Körper schmilzt, heißt der Schmelzpunkt. Er ist identisch mit dem Erstarrungspunkt, der Temperatur, bei der beim Abkühlen Wiedererstarrung der Schmelze eintritt. Manche Substanzen haben mehrfache Schmelz-, bez. Erstarrungspunkte, indem sie in verschiedenen Modifikationen (Polymorphie) erstarren können. Aus stark erhitzten und rasch gekühlten S. kristallisieren im allgemeinen zunächst labile Modifikationen. Nach der Lage des Schmelzpunktes unterscheidet man leichtflüssige Körper, die bei mäßig hohen, und schwerflüssige, die erst bei sehr hohen Temperaturen schmelzen. Der Schmelzpunkt eines Körpers wird oft durch gewisse Beimischungen beeinflußt, und manche Metallegierungen schmelzen bei niederer Temperatur als ihre Bestandteile (Schnellot, Rosesches Metall, Woods Metall). Schmelzpunkte einiger Körper:

Tabelle

Alle Körper sind bei genügend hoher Erhitzung schmelzbar, falls sie nicht, wie z. B. das Holz, schon vorher durch die Hitze chemisch zersetzt werden oder wie Kohle sublimieren. Erhitzt man Körper bis zum S., so bleibt die Temperatur konstant von dem Augenblick an, wo die Schmelzung beginnt, solange noch ein Teil des Körpers starr ist. Schnee von -6° erwärmt sich im warmen Zimmer auf 0° und beginnt dann zu schmelzen. Die Temperatur bleibt konstant, bis der Schnee völlig verschwunden ist, und beginnt dann erst zu steigen. Alle während des Schmelzvorganges zugeführte Wärme wird dazu verbraucht, den Schnee von 0° in Wasser von 0° zu verwandeln. Diese Wärmemenge nennt man die Schmelzwärme (Flüssigkeitswärme) des Körpers oder auch, weil sie sich gleichsam mit dem Körper verbunden oder in der entstandenen Flüssigkeit versteckt zu haben scheint, die gebundene oder latente Wärme. 1 kg trockener Schnee von 0° gibt mit 1 kg Wasser von 80°2 kg Wasser von 0°. Demnach wird alle Wärme, die 1 kg Wasser abgibt, indem es von 80° auf 0° erkaltet, dazu verwendet, 1 kg Schnee von 0° in 1 kg Wasser von. ebenfalls 0° zu verwandeln, oder, mit andern Worten, zur bloßen Schmelzung von 1 kg Eis wird ebensoviel Wärme verbraucht, wie nötig ist, um 1 kg Wasser von 0° auf 80° zu erwärmen. Die Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1 kg Wasser um 1° zu erwärmen, ist die Wärmeeinheit (Kalorie). Die Schmelzwärme des Eises beträgt demnach 80 Wärmeeinheiten, die des Bleies 5,32, des Kadmiums 13,66, des Kaliums 0,61, des Natriums 0,73, des Silbers 21, des Zinns 14,25. Stellt man ein Glas Wasser, in das ein Thermometer eingesenkt ist, bei starker Kälte ins Freie, so sinkt das Thermometer bis 0°; nun beginnt die Eisbildung, und das Thermometer bleibt unverändert auf 0° stehen, bis das Wasser vollständig erstarrt ist; erst dann findet weitere Abkühlung statt. Obgleich also dem Gefäß fortwährend Wärme entzogen wird, sinkt doch während der Dauer des Erstarrens die Temperatur nicht, weil beim Festwerden des Wassers sich Wärme entwickelt, die, indem sie in jedem Augenblick die nach außen abgegebene Wärmemenge ersetzt, die Temperatur 0° aufrecht erhält; indem nämlich die zwischen den Wasserteilchen tätigen Anziehungskräfte diese wieder in die feste Modifikation zurückverwandeln, leisten sie eine Arbeit, die derjenigen, die beim S. zur Überwindung dieser Kräfte aufgewendet werden mußte, genau gleich ist und nun als Wärme, d.h. als lebhaftere Schwingungsbewegung der kleinsten Teilchen, sich offenbart. Beim Erstarren wird also die beim S. gebundene Wärmemenge wieder frei. Wasser von 0° gefriert, wenn man ihm Wärme entzieht, Eis von 0° schmilzt, wenn man ihm Wärme zuführt; die Erstarrungstemperatur (der Gefrierpunkt) fällt also mit dem Schmelzpunkt zusammen. Unter besondern Umständen aber, nämlich bei Vermeidung von Erschütterungen und bei Abschluß der Luft, können Flüssigkeiten bis weit unter den Schmelzpunkt abgekühlt werden, ohne zu erstarren; man sagt alsdann, die Flüssigkeit sei unterkühlt oder überschmolzen. Stellt man ein Glas Wasser, mit einer Ölschicht bedeckt und einem Thermometer darin, bei starkem Frost ins Freie, so kann man das Thermometer auf -8 bis -10° sinken sehen, ohne daß das Wasser gefriert; bei einer Erschütterung aber erstarrt die ganze Masse plötzlich, und das Thermometer steigt infolge der frei gewordenen Wärme auf 0°. Bei manchen Körpern, besonders Gläsern und Harzen, erstreckt sich die Unterkühlung bis zu völligem Festwerden (amorphe Erstarrung). Ein so entstandener amorpher Körper ist als Gemisch mehrerer Modifikationen (zunächst als Lösung der gewöhnlichen festen Modifikation in der flüssigen) zu betrachten. Er hat keinen scharfen Schmelzpunkt, sondern erweicht beim Erwärmen allmählich, indem sich das Mischungsverhältnis der Modifikationen stetig ändert, bis nur noch die flüssige übrig ist. Die meisten Körper dehnen sich beim S. aus, und zwar manche ganz plötzlich (Phosphor um 3,4 Proz.). Einige Körper aber, wie Eis und Wismut, nehmen im geschmolzenen Zustand einen geringern Raum ein als im starren; aus 1000 ccm Eis von 0° erhält man durch Schmelzung 910 ccm Wasser von 0°. Bei diesen letztern wird der Schmelzpunkt durch äußern Druck erniedrigt, bei jenen erhöht. Durch einen Druck von 17 Atmosphären wird der Schmelzpunkt des Eises um 0,129° erniedrigt. Es gibt auch zahlreiche Stoffe (z. B. Paraazoxyphenetol, Paraazoxybenzoesäureäthylester), die beim Kristallisieren nicht in festen, sondern in flüssigen Kristallen auftreten, so daß der Ausdruck »Erstarrungspunkt« nicht gerechtfertigt erscheint; ja auch die so entstandenen flüssig-kristallinischen Modifikationen erstarren bei fortgesetzter Abkühlung nicht immer direkt, sondern gehen zunächst in eine anders geartete flüssig-kristallinische Modifikation über (z. B. Cholesterylcaprinat, Paraacetoxyazobenzolakrylsäureester), weshalb diese Stoffe drei flüssige Zustände besitzen, auf die dann in der Regel noch mehrere feste Zustände folgen. Die früher allgemein angenommene Hypothese, das S. bestehe lediglich in einer Lockerung des Zusammenhanges der Moleküle, kann also nicht zutreffend sein, es muß vielmehr eine Änderung der Beschaffenheit der Moleküle angenommen werden, was übrigens auch aus andern Gründen folgt. Vgl. Nernst und Hefe, Siede- und Schmelzpunkt, ihre Theorie und praktische Verwertung (Braunschw. 1893); Tammann, Kristallisieren und S. (Leipz. 1903); O. Lehmann, Flüssige Kristalle (das. 1904) und Die scheinbar lebenden Kristalle (Eßlingen 1907).


http://www.zeno.org/Meyers-1905. 1905–1909.

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