Schmelztemperatur: Reinstoffe und Gemische

Ein Schneemann schmilzt in der Frühlingssonne. Der Stoff bleibt Wasser, aber sein Aggregatzustand ändert sich von fest zu flüssig. Diesen Übergang nennt man Schmelzen. Der umgekehrte Übergang heißt Erstarren: Eine Flüssigkeit wird fest. Bei einem Reinstoff sind Schmelz- und Erstarrungstemperatur unter denselben Bedingungen gleich.

In der genaueren Fachsprache bilden die Schmelztemperatur und der zugehörige Druck zusammen den Schmelzpunkt. Die Druckangabe ist wichtig, weil die Schmelztemperatur nicht völlig unabhängig vom Druck ist.

Erwärmst du einen festen Reinstoff bei gleichbleibendem Druck, steigt seine Temperatur zunächst. Sobald er seine Schmelztemperatur erreicht, beginnt er zu schmelzen. Solange festes und flüssiges Material nebeneinander vorliegen, bleibt die Temperatur trotz weiterer Wärmezufuhr gleich. Die zugeführte Energie ermöglicht in dieser Zeit den Übergang. Erst wenn die ganze Probe flüssig ist, steigt ihre Temperatur beim weiteren Erwärmen wieder.

Ein Reinstoff besteht aus nur einem Stoff. Bei festgelegtem Druck hat er eine typische Schmelztemperatur. Deshalb kann der Messwert helfen, einen Stoff zu erkennen. Ein Gemisch besteht dagegen aus mehreren Stoffen, zum Beispiel Salzwasser.

Verunreinigte Stoffe und Gemische schmelzen in der Regel schon bei niedrigeren Temperaturen. Häufig schmilzt die Probe außerdem nicht auf einmal. Zwischen dem ersten flüssigen Anteil und dem letzten festen Stückchen liegt dann ein Schmelzbereich.

Für ausgewählte Stoffe gelten bei 1013 hPa die Werte in der Tabelle.

Die Schmelztemperatur hängt vom Druck ab, aber viel schwächer als die Siedetemperatur. Normale Schwankungen des Luftdrucks verändern sie praktisch nicht.

Bei den meisten Stoffen steigt die Schmelztemperatur, wenn der Druck erhöht wird. Eis ist eine wichtige Ausnahme: Höherer Druck senkt seine Schmelztemperatur. Auch bei Eis ist diese Wirkung bei gewöhnlichen Luftdruckschwankungen sehr klein.

Ein anderer Sonderfall ist die Unterkühlung. Das Erstarren beginnt meist an Kristallkeimen: winzigen Kristallen oder Staubkörnchen, an denen der feste Stoff zu wachsen beginnt. Fehlen sie, kann eine Flüssigkeit unter ihre Schmelztemperatur abkühlen und trotzdem flüssig bleiben. Eine Erschütterung kann dann das Erstarren auslösen.

Einige Stoffe haben keinen scharfen Schmelzpunkt. Viele Kunststoffe werden über einen breiten Temperaturbereich weich oder schmelzen darin. Manche Stoffe zerfallen sogar in andere Stoffe, bevor sie schmelzen.

Für eine grobe Bestimmung wird eine Probe langsam erwärmt und die Temperatur beobachtet. Genauere Laborverfahren erfassen den Beginn und das Ende des Schmelzens.

Bei der Kapillarmethode liegt eine kleine Probe in einem dünnen Glasröhrchen, der Kapillare. Sie wird in einem Heizblock langsam erwärmt. Weitere genaue Verfahren sind Heiztischgeräte, bei denen du die Probe auf einer kleinen Heizplatte unter dem Mikroskop beobachtest, und die sogenannte DSC, ein Messgerät für die Wärme, die eine Probe aufnimmt. Bei jedem Verfahren musst du den Druck und die Beobachtung eindeutig angeben.

Schmelzdaten können eine Stoffzuordnung stützen und Hinweise auf Verunreinigungen geben. Ein einzelner Wert beweist aber nicht, um welchen Stoff es sich handelt. Eine gute Untersuchung verbindet deshalb mehrere geeignete Stoffeigenschaften. Geruch oder Geschmack sind keine sicheren Proben: Unbekannte Stoffe werden weder probiert noch berochen.