Schmelzpunkt
Material | °C | K |
---|---|---|
Helium(bei 26 bar) | −272,2 | 0,955 |
Wasserstoff | −259 | 14 |
Deuterium | −254 | 19 |
Tritium | −253 | 20 |
Neon | −248 | 25 |
Sauerstoff | −218 | 55 |
Stickstoff | −210 | 63 |
Ozon | −193 | 80 |
Ethanol(C2H5OH) | −114 | 159 |
Chlor | −102 | 171 |
Motorenbenzin | −40 | 233 |
Quecksilber | −38,36 | 234,795 |
Glykoldinitrat | −22 | 251 |
Wasser | 0 | 273,152 |
Nitroglycerin | 2 | 275,95 |
Benzol | 5,5 | 278,7 |
Kerzenwachs | 55 | 328 |
Naphthalin | 80 | 353 |
Trinitrotoluol | 80,35 | 353,20 |
Schwefel(rhombisch) | 113 | 386 |
Schwefel (monoklin) | 119 | 392 |
Zucker | 160 | 433 |
Lithium | 180 | 453 |
Zinn | 231 | 504 |
Blei | 327,4 | 600,6 |
Zink | 419,5 | 692,7 |
Aluminium | 660,32 | 933,48 |
Kochsalz | 801 | 1074 |
Silber | 960,8 | 1234,0 |
Gold | 1064 | 1337 |
Kupfer | 1084 | 1357 |
Beryllium | 1287 | 1560 |
Eisen | 1536 | 1809 |
Platin | 1773,5 | 2046,7 |
Bor | 2076 | 2349 |
Thoriumoxid(ThO2) | 3390 | 3663 |
Wolfram | 3422 | 3695 |
Hafniumcarbid(HfC) | 3890 | 4163 |
Tantalcarbid | 3942 | 4215 |
Tantalhafniumcarbid | 4215 | 4488 |
AlsSchmelztemperatur(vulgo Schmelzpunkt (Smp.), engl. Melting point (Mp.)) bezeichnet man dieTemperatur,bei der einStoffschmilzt,das heißt vomfestenin denflüssigenAggregatzustandübergeht. Die Schmelztemperatur ist abhängig vom Stoff, im Gegensatz zurSiedetemperaturaber nur sehr wenig vomDruck(Schmelzdruck). Schmelztemperatur und Druck werden zusammen alsSchmelzpunktbezeichnet, wobei dieser denZustandeines Reinstoffes beschreibt und Teil der Schmelzkurve imPhasendiagrammdes Stoffes ist. Manche Stoffe können nicht schmelzen, weil sie vorher chemisch zerfallen, und andere können bei Normalbedingungen nursublimieren.
Für reine chemische Elemente ist der Schmelzpunkt identisch mit demGefrierpunktund bleibt während des gesamten Schmelzvorganges konstant. Durch Verunreinigungen bzw. beiGemischenwird die Schmelztemperatur in der Regel erniedrigt (Schmelzpunkterniedrigung), außerdem kann die Temperatur während des Schmelzvorganges steigen, wodurch man es mit einem Schmelz-Bereichzu tun hat. Die Schmelzpunkterniedrigung (Kryoskopie) durch gelöste Substanzen ist ein Grund, warum Eis durch Salz geschmolzen werden kann.
Im Unterschied zu chemischen Elementen kann es auch bei reinen chemischen Verbindungen zu Abweichungen zwischen Schmelzpunkt und Gefrierpunkt kommen. Falls die Gefrierpunktstemperatur unterhalb der Schmelzpunkttemperatur liegt, spricht man von einer thermischen Hysterese. Dies ist zum Beispiel bei reinemWasserder Fall; ohne Nukleationskeime und unter einem Druck von 1 bar gefriert Wasser bei ca. −40 °C und schmilzt bei ca. 0 °C. BeiamorphenWerkstoffenwie z. B.Gläsernund einigenKunststoffenspricht man von derÜbergangstemperatur.Auch die Definition einerErweichungstemperaturist möglich.
Die Schmelztemperatur zählt mit derDichte,Risszähigkeit,Festigkeit,Duktilitätund derHärte,zu denWerkstoffeigenschafteneinesWerkstoffes.
Den größten flüssigen Bereich von 630 °C bis 3900 °C, also über 3270 K, besitzt das ElementNeptunium.Den kleinsten Flüssigbereich von −248,6 °C bis −246,3 °C hat das EdelgasNeonmit 2,3 K.[1]
Druckabhängigkeit
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Der Schmelzpunkt hängt zwar vomDruckab, allerdings nur geringfügig: Um den Schmelzpunkt um lediglich 1Kzu ändern, muss der Druck durchschnittlich um etwa 100barerhöht werden. Daraus folgt, dass sich Änderungen desAtmosphärendrucks– die merkliche Änderungen desSiedepunktsbewirken können – praktisch nicht auf den Schmelzpunkt auswirken.
Für das Schmelzen gilt wie für anderePhasenumwandlungendieClapeyron-Gleichung,die in guter Näherung für das Schmelzen bei verschiedenen Drücken folgende Temperaturänderung ΔTergibt:
Dabei ist TMder Schmelzpunkt, ΔVdie Volumenänderung beim Schmelzen, Δpdie Differenz der betrachteten Drücke, undHMdieSchmelzenthalpie. Da aber die Volumenänderungen ΔVbeim Schmelzen relativ klein sind, ist auch die Druckabhängigkeit des Schmelzpunktes relativ klein. Beispielsweise ändert sich bei einer Erhöhung des Drucks um 100 Bar der Schmelzpunkt vonEisum −0,76 K. Eis schmilzt also unter Druck leichter, während sich der Schmelzpunkt vonTetrachlorkohlenstoffum +3,7 K erhöht. Die Tatsache, dass sich der Schmelzpunkt von Eis oder beispielsweise auch vonBismutbei Druckerhöhung erniedrigt, folgt daraus, dass ihr Volumen beim Schmelzen verringert wird: Dann ist in der obigen Gleichung ΔVund ΔTnegativ.
Analytik
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Die Bestimmung des Schmelzpunkts einer Substanz ist auch von großer Bedeutung in der qualitativenAnalytik,einschließlich derIdentitätsprüfung,da viele Substanzen über ihren Schmelzpunkt identifiziert werden können. Die Reinheit von Stoffen kann qualitativ ebenfalls über den Schmelzpunkt gemessen werden. Verunreinigungen haben niedrigere Schmelzpunkte zur Folge. Flüssige Substanzen oder solche mit niedrigem Schmelzpunkt werden dazu in leicht kristallisierendeDerivateumgewandelt:Alkoholekönnen beispielsweise durch die Messung der Schmelzpunkte ihrerEsterder4-Nitrobenzoesäureoder der3,5-Dinitrobenzoesäureidentifiziert werden. Hierzu wird die zu analysierende Substanz in Gegenwart geringer Mengen Schwefelsäure umgesetzt. Die Schmelzpunkte dieser Derivate sind in der Regel scharf.
Nachweis vonIsopropanolals Derivat der 4-Nitrobenzoesäure: 4-Nitrobenzoesäure-2-propylester (Smp.: 100,5 °C[2]) |
Nachweis vonIsopropanolals Derivat der 3,5-Dinitrobenzoesäure: 3,5-Dinitrobenzoesäure-2-propylester (Smp.: 123 °C[2]) |
Die Derivate der 3,5-Dinitrobenzoesäure besitzen in der Regel höhere Schmelzpunkte als die der 4-Nitrobenzoesäure.[2]Sie werden dann bevorzugt gewählt, wenn der Schmelzpunkt mit der 4-Nitrobenzoesäure zu niedrig ist und keine genaue Bestimmung mehr möglich wird.
Umfangreiche Tabellenwerke mit Angaben zu Schmelzpunkten organischer Verbindungen, als wichtige Hilfsmittel für Analytiker, liegen vor.[3]Schmelzpunkte von Derivaten einzelner Stoffklassen werden in den einschlägigen Lehrbüchern der organischen Analytik gelistet.[4]
Bestimmung
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Eine ungefähre Messung ist mit einemThermometerdurch Aufschmelzen der Probe und Ablesen der Schmelztemperatur möglich.
Für die exakte Messung des Schmelzpunktes stehen unterschiedliche Methoden zur Verfügung:
- Apparatur nach Thiele,bei der die Probe in einem gerührten oder durchKonvektionströmenden Ölbad geschmolzen wird
- Apparatur nachDAB,mit Normschliff 29/32, bestehend aus Kolben von ca. 100 ml und Einsatzrohr mit Entlüftungsloch
- Apparatur nach Dr. C. F. Linström (oft fälschlich auchLindströmgeschrieben), hierbei wird die Probe in einem Kupferblock bis zum Schmelzpunkt erwärmt[5]
- Heiztischapparatur nachKofler(siehe auchKofler-Heizbank),Tottoli[6]
- Dynamische Differenzkalorimetrie(DSC)
- Bei derKapillarmethodewird die zu untersuchende Substanz in eine Glaskapillare eingebracht. Diese wird in einen vorgeheizten Heizblock eingesetzt und die Temperatur langsam erhöht. Als Schmelztemperatur gilt hierbei die Temperatur, bei der das letzte feste Teilchen schmilzt.[7]
-
Schmelzpunktbestimmungsapparat nach Thiele
-
Koflerbank mit Proben zum Kalibrieren
-
Automatisches Schmelzpunktmessgerät M5000
Meist werden die Messwerte damit gekennzeichnet, dass sienicht korrigiertsind. Diese Angabe bezieht sich auf den (geringen) Fehler, der dadurch entsteht, dass von einem Flüssigkeitsthermometer nur dessen Reservoir in das zu bestimmende Medium taucht, wodurch der in der Kapillare aufsteigende Teil der Thermometerflüssigkeit eine andere Temperatur und Ausdehnung hat.
Im praktischen Laborbetrieb finden heute meist automatische Schmelzpunktmessgeräte Verwendung. Das Messprinzip dieser Geräte basiert in der Regel auf der Messung derTransmission.Während der kristalline Feststoff eine hoheOpazitätaufweist, steigt am Schmelzpunkt die Lichtdurchlässigkeit rasch an. Die am Höhepunkt desAnstiegsgemessene Temperatur wird als Schmelzpunkt ausgegeben.
Siehe auch
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- Molare Schmelzpunkterniedrigung
- Sofortschmelzpunkt
- Thermodiffere
Weblinks
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- Schmelzpunkte der chemischen Elemente des Periodensystemsnach verschiedenen Kriterien (Ordnungszahl, Name, Wert auf-, absteigend) sortierbar.
Einzelnachweise
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- ↑Thomas Jüstel:Chemie Rekorde(vom 12. August 2022 imInternet Archive) (PDF; 914 kB). Abgerufen im Juni 2020.
- ↑abcCRC Handbook of Tables for Organic Compound Identification,Third Edition, 1984,ISBN 0-8493-0303-6.
- ↑W. Utermark, W. Schicke:Schmelzpunkttabellen organischer Verbindungen,2. Aufl. Akademie Verlag, Berlin 1963,DNB455194963.
- ↑R. L. Shriner, R. C. Fuson, D. Y. Curtin, T. C. Morrill:The Systematic Identification of Organic Compounds,John Wiley & Sons, New York – Chichester – Brisbane – Toronto 1980,ISBN 0-471-78874-0.
- ↑C.F.Linström:Ein neuer Schmelzpunktsbestimmungsapparat aus Kupfer.in: Chem. Fabrik 7, 270 (1934); Anmerkung: Carl Friedrich Linström war Assistent am Phys.-Chemischen Institut in Erlangen unter G. Scheibe.
- ↑M. Tottoli: Schweizer Patent 320388,doi:10.1007/BFb0050861.
- ↑Europäisches Arzneibuch 10.0.Deutscher Apotheker Verlag, 2020,ISBN 978-3-7692-7515-5,S.41–42.