ההבדל העיקרי בין נקודת התכה לנקודת הקפאה הוא שנקודת ההיתוך היא הטמפרטורה שבה מוצק יעבור למצב נוזלי ואילו נקודת הקפאה היא הנקודה שבה כל נוזל ישנה את מצבו למוצק.
שינויי שלב הם תהליכים הכוללים שחרור אנרגיה או רווח אנרגיה. נקודת התכה ונקודת הקפאה הן נקודות שבהן מתרחשים שינויי פאזה. עם אלה, תכונות רבות אחרות של החומר גם יכולות להשתנות. תיאורטית, נקודת הקיפאון ונקודת ההיתוך של חומר זהות, אך לפעמים עבור חומרים מסוימים, שני הערכים שונים זה מזה.
מהי נקודת התכה?
נקודת התכה היא הטמפרטורה שבה מוצק ישתנה למצבו הנוזלי. זוהי תכונה פיזיקלית שאנו יכולים להשתמש בה כדי לזהות תרכובת. כאשר מוצק הופך לשלב נוזלי, מתרחש שינוי פאזה. זה מתרחש בטמפרטורה אופיינית ללחץ נתון. לשם כך, עלינו לספק את האנרגיה הנדרשת.
שינוי הפאזה סופג אנרגיה/חום (אנדותרמי) כאשר עוברים ממוצק לנוזל. רוב הפעמים, אנרגיה זו מסופקת בצורה של חום. נדרש חום כדי להעלות את הטמפרטורה של המוצק למצב נקודת ההיתוך שלו. יתר על כן, החומר זקוק לאנרגיה כדי להמיס את עצמו. אנו קוראים לאנרגיה הזו חום היתוך; זהו סוג של חום סמוי.
חום סמוי הוא החום הנספג או משתחרר מחומר במהלך שינוי פאזה. שינויי חום אלו אינם גורמים לשינויי טמפרטורה כאשר הם נספגים או משתחררים. לכן, בנקודת ההיתוך, החומר סופג חום, אך הטמפרטורה לא תשתנה בהתאם.מבחינה תרמודינמית, בנקודת ההיתוך, השינוי באנרגיה החופשית של גיבס הוא אפס. המשוואה הבאה תקפה עבור חומר בנקודת התכה. זה מראה שהטמפרטורה לא משתנה, אבל האנטלפיה והאנטרופיה של החומר משתנות.
ΔS=ΔH/T
מאחר והחומר סופג אנרגיה, האנטלפיה עולה בנקודת ההיתוך. במצב מוצק, חלקיקים מסודרים היטב ויש להם פחות תנועה. אבל במצב נוזלי, הטבע האקראי שלהם גדל. לכן, בנקודת ההיתוך, האנטרופיה עולה. לפי הלחץ, יש נקודת התכה ספציפית לחומר נתון. אנחנו יכולים לקבוע רק את נקודות ההתכה של מוצקים.
איור 01: נקודות התכה של יסודות כימיים שונים
במעבדה, אנו יכולים להשתמש בטכניקות רבות כדי לקבוע את נקודת ההיתוך.השימוש במכשיר נקודת התכה הוא קל מאוד. אנחנו יכולים לשים מעט מוצק דק דק לתוך נימי שבו קצה אחד אטום. לאחר מכן עלינו להכניס את הקצה האטום שמכיל את המוצק לתוך המנגנון. כאן, הקצה צריך לגעת במתכת שבפנים. לאחר מכן, נוכל לצפות במוצק דרך חלון הזכוכית המגדלת של המכשיר. יש גם מדחום לרישום הטמפרטורה. כאשר הטמפרטורה עולה בהדרגה, המתכת תתחמם וגם המוצק בנימי יתחמם. אנו יכולים לראות את הנקודה שבה ההיתוך מתחיל ונגמר. וטווח זה מתאים לנקודת ההתכה. נקודת ההתכה של המים היא 0 מעלות צלזיוס. לטונגסטן יש נקודת ההיתוך הגבוהה ביותר, שהיא 3410 מעלות צלזיוס.
מהי נקודת הקפאה?
נקודת הקפאה היא הטמפרטורה שבה כל נוזל ישנה את מצבו למוצק. הטמפרטורה של נקודת ההיתוך ונקודת הקיפאון עבור חומר היא פחות או יותר אותו ערך. לדוגמה, המים הופכים לקרח ב-0°C ונקודת ההיתוך שלהם היא גם 0°C.ליתר דיוק, נקודת הקיפאון מתארת את שינוי השלב של החומר.
איור 02: הקפאת מים בצורת קרח
יתר על כן, תהליך הקפאת חומר מקטין את האנטרופיה. יש מונח בכימיה כ"דיכאון נקודת הקפאה" המסביר כיצד נוכחות של מומס לא נדיף בתמיסה מפחיתה את טמפרטורת ההקפאה של הממס.
מה ההבדל בין נקודת התכה לנקודת הקפאה?
נקודת התכה ונקודת הקפאה הן כיוונים מנוגדים של אותו שינוי פאזה. ההבדל העיקרי בין נקודת התכה לנקודת הקפאה הוא שנקודת ההיתוך היא הטמפרטורה שבה מוצק יעבור למצב נוזלי ואילו נקודת הקפאה היא הנקודה שבה כל נוזל ישנה את מצבו למוצק.יתרה מכך, יש גם הבדל בין נקודת התכה לנקודת הקפאה מבחינת שינוי האנטרופיה שלהם; בזמן המסת מוצק, האנטרופיה גדלה, אבל בהקפאה האנטרופיה יורדת. חוץ מזה, למרות שבאופן תיאורטי, טמפרטורות נקודת ההיתוך ונקודת הקיפאון דומות עבור חומר נתון, למעשה הן משתנות מעט.
סיכום – נקודת התכה לעומת נקודת קפיאה
נקודת התכה ונקודת הקפאה הן שתי תכונות פיזיקליות של חומרים. ההבדל העיקרי בין נקודת התכה לנקודת הקפאה הוא שנקודת ההיתוך היא הטמפרטורה שבה מוצק יעבור למצב נוזלי ואילו נקודת הקפאה היא הנקודה שבה כל נוזל ישנה את מצבו למוצק.
