Smelten en bevriezen
Een bekerglas met ijs, opgewarmd door de kamerlucht, bleef meer dan een half uur precies op 0 °C terwijl het smolt.
Sleep om te draaien. Scroll of knijp om te zoomen.
Zet een bekerglas met ijs van −12 °C op tafel. OpenStax laat zien wat er gebeurt. Na tien minuten is het ijs opgewarmd tot 0 °C en is een beetje gesmolten. Dertig minuten later is er meer gesmolten, maar de thermometer wijst nog steeds 0 °C aan. Pas als de laatste rest ijs weg is, begint de temperatuur te stijgen, tot 22.2 °C. Het ijs bleef al die tijd warmte uit de kamer opnemen. Tijdens het smelten deed niets van die warmte de temperatuur stijgen.
Waar de warmte heen gaat
In een kristal wordt elk molecuul op zijn plaats gehouden door zijn buren. Als je een vaste stof verwarmt, gaan de moleculen harder trillen en stijgt de temperatuur. Bij het smeltpunt zijn de trillingen sterk genoeg om moleculen van hun vaste plek los te trekken. Vanaf dan gaat de toegevoegde energie naar het verbreken van de krachten die de moleculen vasthouden en niet naar snellere beweging, dus blijft de temperatuur gelijk tot de hele vaste stof vloeibaar is. De energie die nodig is om één mol van een vaste stof te smelten is de smeltenthalpie. Voor ijs is dat 6.01 kJ/mol, dus voor het smelten van 18.02 g ijs is 6.01 kJ nodig.
Hoe groot is 6.01 kJ/mol? Vergelijk het met opwarmen. Vloeibaar water heeft 4.18 J nodig om 1 g met 1 °C te verwarmen, dus 18.02 g heeft ongeveer 75.3 J per graad nodig. De 6.01 kJ die die mol ijs smelt, zou het smeltwater in plaats daarvan met 6010 ÷ 75.3 ≈ 80 °C opwarmen. Daarom blijft een drankje met ijs zo lang koud: elk blokje neemt veel warmte op voordat het weg is, en het drankje blijft tot dan dicht bij 0 °C.
Bevriezen is hetzelfde proces achterstevoren. Als vloeibaar water van 0 °C ijs wordt, geeft het 6.01 kJ af per mol. Smelten neemt warmte op (het is endotherm); bevriezen geeft warmte af (het is exotherm). Smelten en bevriezen gebeuren bij dezelfde temperatuur, dus het smeltpunt van ijs en het vriespunt van water zijn één getal. In een perfect geïsoleerde thermosfles blijft een mengsel van ijs en water op die temperatuur, waarbij smelten en bevriezen even snel verlopen.
Elke stof heeft een eigen smeltpunt
Hoe heet een vaste stof moet worden voordat ze smelt, hangt af van hoe sterk haar deeltjes elkaar aantrekken. De onderstaande waarden gelden bij een druk van 1 atm, uit het NIST Chemistry WebBook. Kwik is het enige metaal in de lijst dat bij kamertemperatuur vloeibaar is; het bevriest bij −38.84 °C, dus een kwikthermometer werkt niet meer onder die temperatuur. Stikstof en zuurstof, die alleen door zwakke krachten tussen hun moleculen bij elkaar blijven, smelten meer dan 200 graden onder nul.
| Stof | Smeltpunt | Kookpunt |
|---|---|---|
| Water | 0 °C (273.15 K) | 100 °C (373.15 K) |
| Ethanol | −114 °C (159 K) | 78.4 °C (351.5 K) |
| Kwik | −38.84 °C (234.31 K) | 356.66 °C (629.81 K) |
| Stikstof | −209.9 °C (63.3 K) | −195.8 °C (77.34 K) |
| Zuurstof | −218.4 °C (54.8 K) | −183.0 °C (90.2 K) |
Omdat elke zuivere stof bij een vaste temperatuur smelt, gebruiken scheikundigen het smeltpunt als snelle controle van de identiteit. Een monster dat onder de verwachte waarde begint te smelten, is waarschijnlijk niet zuiver, omdat opgeloste onzuiverheden het vriespunt verlagen. Zout op een ijzige weg werkt net zo: een zoutoplossing bevriest onder 0 °C, het vriespunt van zuiver water, dus het ijs smelt ook al is de lucht kouder dan 0 °C (OpenStax 11.4).
Zolang een vaste stof smelt, blijft de temperatuur op het smeltpunt. IJs heeft 6.01 kJ per mol nodig om te smelten en geeft evenveel terug als het bevriest.
- Zolang ijs van 0 °C smelt, is de temperatuur…
- blijft op 0 °C
- stijgt langzaam
- daalt onder 0 °C
- Hoeveel warmte, in kJ, smelt 2.00 mol ijs van 0 °C?
- Hoeveel warmte, in kJ, smelt 90.1 g ijs (18.02 g/mol)? 1 decimaal.
- Bevriezend water…
- geeft warmte af
- neemt warmte op
- geeft geen warmte af en neemt er geen op
- Welke hiervan is bij 20 °C een vloeistof?
- Kwik
- Stikstof
- IJs
- Ethanol smelt bij 159 K. Hoeveel is dat in °C, op de graad nauwkeurig?
- Waarom smelten stikstof en zuurstof bij zulke lage temperaturen?
- De krachten tussen hun moleculen zijn zwak
- Hun moleculen zijn erg zwaar
- Ze bevatten geen atomen
- Een wit poeder zou bij 135 °C moeten smelten, maar smelt tussen 120 en 128 °C. Wat is de meest waarschijnlijke reden?
- Het is niet zuiver
- De thermometer meet in kelvin
- Smeltpunten veranderen elke dag
- Waarom smelt zout ijs op een weg bij −5 °C?
- Opgelost zout verlaagt het vriespunt van water
- Zout is warmer dan ijs
- Zout reageert en brandt
- Zet in volgorde van smeltpunt, laagste eerst.
- De temperatuur blijft op het smeltpunt tot alle vaste stof gesmolten is.
- Smeltenthalpie van ijs: 6.01 kJ/mol; bevriezen geeft evenveel terug.
- Smeltpunt = vriespunt.
- Sterkere aantrekking tussen deeltjes betekent een hoger smeltpunt.
Bronnen van deze cursus (8)
- OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 1.2 Phases and Classification of Matter (matter, three states, plasma, mass and weight, Moon 1/6, conservation of matter, sand and clouds)
- 9.2 gas laws (Boyle's law P1V1 = P2V2, syringe 15.0 mL 13.0 psi to 7.5 mL 26 psi, breathing, divers: every 33 ft of sea water adds 1 atm and halves the air volume at 33 ft, Amontons ~1700, Gay-Lussac ~1800, Charles, STP 273.15 K and 101.325 kPa, -273 °C absolute zero)
- 9.5 kinetic-molecular theory (average kinetic energy proportional to kelvin temperature, KEavg = 3/2 RT, urms = sqrt(3RT/M), N2 at 30 °C 519 m/s, O2 at -23 °C 441 m/s)
- 10.3 phase transitions (vapor pressure, normal boiling point at 1 atm = 101.3 kPa, Leadville 68 kPa about 90 °C, ΔHvap 44.01 kJ/mol at 25 °C and 40.67 kJ/mol at 100 °C, 1.5 L sweat 3600 kJ, ΔHfus 6.01 kJ/mol, ice at -12 °C staying at 0 °C while melting, CO2 sublimation 26.1 kJ/mol, frost is deposition, heating curve example 135 g ice -15 °C to steam 120 °C = 416 kJ with c ice 2.09, water 4.18, steam 1.86 J/g °C, burner turned up does not raise boiling temperature)
- NIST Chemistry WebBook phase change data (webbook.nist.gov: ethanol Tfus 159 K, Tboil 351.5 K; nitrogen Tfus 63.3 K, Tboil 77.34 K; oxygen Tfus 54.8 K, Tboil 90.2 K; mercury Tfus 234.31 K, Tboil 629.81 K; CO2 triple point 216.58 K at 5.185 bar, solid vapour-pressure equation Giauque and Egan 1937 giving 194.7 K at 1 atm)
- USGS Water Science School, Water Density (0.99987 g/cm³ at 0 °C, 1.00000 at 4 °C, 0.95865 at 100 °C; ice about 9% less dense)
- Britannica, Boyle's law (Robert Boyle 1662, air compressed by mercury; Edme Mariotte 1676)
- Boyle's 1662 table (48 spaces at 29 2/16 in, 12 spaces at 117 9/16 in of mercury) as reprinted in J. Appl. Physiol. 87 (1999) 1543.
Geraadpleegd: 2026-10-17