Wenn die Umgebungstemperatur um ein Eisstück herum ansteigt, steigt auch die Temperatur des Eises. Dieser stetige Temperaturanstieg hört jedoch auf, sobald das Eis seinen Schmelzpunkt erreicht hat. An diesem Punkt durchläuft das Eis eine Zustandsänderung und wird zu flüssigem Wasser, und seine Temperatur ändert sich nicht, bis alles geschmolzen ist. Sie können dies mit einem einfachen Experiment testen. Lassen Sie eine Tasse Eiswürfel in einem heißen Auto und überwachen Sie die Temperatur mit einem Thermometer. Sie werden feststellen, dass das eisige Wasser eine frostige Temperatur von 32 Grad Fahrenheit (0 Grad Celsius) hat, bis alles geschmolzen ist. In diesem Fall werden Sie einen schnellen Temperaturanstieg bemerken, da das Wasser weiterhin Wärme aus dem Inneren des Autos aufnimmt.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Wenn Sie Eis erhitzen, steigt seine Temperatur, aber sobald das Eis zu schmelzen beginnt, bleibt die Temperatur konstant, bis das gesamte Eis geschmolzen ist. Dies geschieht, weil die gesamte Wärmeenergie zum Aufbrechen der Bindungen der Kristallgitterstruktur des Eises verwendet wird.
Phasenänderungen verbrauchen Energie
Wenn Sie Eis erhitzen, gewinnen die einzelnen Moleküle kinetische Energie, aber bis die Temperatur den Schmelzpunkt erreicht, haben sie keine Energie, um die Bindungen aufzubrechen, die sie in einer Kristallstruktur halten. Sie vibrieren schneller in ihren Grenzen, wenn Sie Wärme hinzufügen, und die Temperatur des Eises steigt. An einem kritischen Punkt – dem Schmelzpunkt – erhalten sie genug Energie, um sich zu lösen. Dabei wird die gesamte dem Eis zugeführte Wärmeenergie von H. absorbiert2O-Moleküle, die die Phase ändern. Es gibt nichts mehr, um die kinetische Energie der Moleküle im flüssigen Zustand zu erhöhen, bis alle Bindungen, die die Moleküle in einer Kristallstruktur halten, aufgebrochen sind. Folglich bleibt die Temperatur konstant, bis das gesamte Eis geschmolzen ist.
Das gleiche passiert, wenn Sie Wasser bis zum Siedepunkt erhitzen. Das Wasser wird erhitzt, bis die Temperatur 100 °C erreicht, aber es wird nicht heißer, bis sich alles in Dampf verwandelt hat. Solange flüssiges Wasser in einer kochenden Pfanne verbleibt, beträgt die Temperatur des Wassers 212 F, egal wie heiß die Flamme darunter ist.
Am Schmelzpunkt besteht ein Gleichgewicht
Sie fragen sich vielleicht, warum geschmolzenes Wasser nicht heißer wird, solange es Eis enthält. Diese Aussage ist zunächst nicht ganz richtig. Wenn Sie eine große Pfanne mit Wasser erhitzen, die einen einzelnen Eiswürfel enthält, wird das Wasser weit vom Eis entfernt beginnen sich aufzuheizen, aber in der unmittelbaren Umgebung des Eiswürfels bleibt die Temperatur konstant. Eine Möglichkeit, dies zu verstehen, besteht darin, zu erkennen, dass ein Teil des Eises schmilzt, während ein Teil des Wassers um das Eis herum wieder gefriert. Dadurch entsteht ein Gleichgewichtszustand, der hilft, die Temperatur konstant zu halten. Wenn immer mehr Eis schmilzt, nimmt die Schmelzrate zu, aber die Temperatur steigt nicht, bis das gesamte Eis weg ist.
Fügen Sie mehr Hitze oder etwas Druck hinzu
Es ist möglich, einen mehr oder weniger linearen Temperaturanstieg zu erzeugen, wenn Sie genügend Wärme hinzufügen. Stellen Sie zum Beispiel eine Eisschale über ein Lagerfeuer und zeichnen Sie die Temperatur auf. Sie werden wahrscheinlich keine große Verzögerung am Schmelzpunkt bemerken, da die Wärmemenge die Schmelzgeschwindigkeit beeinflusst. Bei ausreichender Wärmezufuhr kann das Eis mehr oder weniger spontan schmelzen.
Wenn du Wasser kochst, kannst du die Temperatur der noch in der Pfanne befindlichen Flüssigkeit durch Druck erhöhen. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, den Dampf in einem geschlossenen Raum einzuschließen. Auf diese Weise erschweren Sie den Molekülen den Phasenwechsel und sie bleiben im flüssigen Zustand, während die Wassertemperatur über den Siedepunkt steigt. Das ist die Idee hinter Schnellkochtöpfen.