Eis schmelzen

[Gast]

Warum scmilzt Eis unter Druckeinwirkung? Und reicht dazu der Luftdruck? Bildet sich ein Gleichgewicht zwischen fester und flüssiger Phase?

[christel]

Hi,
es gibt ein sogennanntes Phasendiagramm(Temperatur gegen Druck aufgetragen)Man kann daran ablesen das die Schmelztemperatur mit steigendem Druck sinkt.(ungewöhnlich) Der Grund für dieses ungewöhnliche Verhalten ist, dass das Volumen von Wasser beim Schmelzen abnimmt;daher ist bei Druckerhöhung die flüssige Form bevorzugt. Ich würde sagen der Luftdruck bringt das Eis nicht zum Schmelzen,da brauchst du schon mehr Druck zum Beispiel beim Schlittschuh laufen,entsteht ausreichend Druck damit sich ein Wasserfilm unter deinem Schlittschuh bildet.

[AV]

Das liegt an einer sogenannten "Anomalie des Wassers". Eigentlich erwartet man, dass ein Stoff bei Ausübung von Druck eher fest wird, beim Wasser ist das genau umgekehrt.
Welche Form gerade am günstigsten ist, bestimmt das "chemische Potential". Dieses hat für alle Modifikationen bei einer gegebenen Temperatur und einem gegebenen Druck einen bestimmten Wert. Nun liegt bei den gegebenen Werten dann die Form vor, welche das niedrigste Potential aufweist. Ist nicht ganz trivial das Ganze einfach zu erklären, ohne in Fachbegriffe abzuschweifen. Am besten sieht man so etwas immer am Bild:

Das Bild stellt das Phasendiagramm von Wasser dar (oder einen Ausschnitt davon )
Die Kurve I heißt Siedekurve, Kurve II ist die Sublimationskurve, Kurve III die Schmelzkurve.
Nehmen wir jetzt mal an, der Druck p0 wäre der Standarddruck (1013 mbar). Dann ist die Temperatur, an der die gestrichelte Linie Kurve III zeigt, diejenige Temperatur, bei der Eis schilzt, bzw. Wasser gefriert, also 0°C. Wo Kurve I geschnitten wird, liegt die Siedetemperatur, also in unserem Fall 100°C. Bei einem anderen Druck (p1) liegen der Schmelz- und der Siedepunkt etwas anders. Der Schmelz punkt liegt tiefer, der Siedepunkt höher. Nehmen wir jetzt mal an, dass p1 so liegt, dass die Schmelztemperatur bei -20°C liegt. Jetzt ist es draussen aber "nur" -10°C. Solange Du das Eis nicht belastest, bleibt es gefroren, der Schmelzpunkt liegt ja bei 0°C. Wenn Du dich einfach so drauf stellt, passiert auch nichts, weil der Druck nicht so hoch ist, dass der Schmelzpunkt unter -10°C sinkt, Übst Du aber einen Druck von p1 aus, dann liegt der Schmelzpunkt ja bei -20°C, Folge: Das Eis schmilzt.

Ein Gleichgewicht gibt es auch, aber nur dann, wenn Du Dich auf einer der drei Kurven befindest. Dann sind die angrenzenden Phasen im Gleichgewicht miteinanden und liegen nebeneinander vor. Im Punkt TP, dem Tripelpunkt liegen sogar alle 3 Phasen nebeneinander vor...


So ... hoffe, dass konnte etwas helfen ..

AV