Olvadás

Az anyagok részecskemozgása melegítés hatására élénkebbé válik. A kristályos anyagok esetében ez tágasabb rezgést jelent. Ahogy a rezgés során a részecskék egyre közelebb kerülnek egymáshoz, taszítóerők lépnek fel, ez okozza a hőtágulást. Ha egy részecske mozgási és rezgési energiájából származó összes energiája nagyobb lesz, mint az őt a kristályrácsban tartó energiák, kiszakad a rácsból.

Ha egy kristályos anyagot melegítünk, egy darabig a hőmérséklete változik, egy bizonyos hőmérséklet (olvadáspont) elérése után tömegesen szakadnak ki a részecskék a rácsból, miközben az anyag hőmérséklete nem változik. Ha folyékony helyett gáz halmazállapotúvá válik a szilárd anyag, a folyamatot szublimációnak nevezik. Az olvadáspont közelében a részecskék összenergiája 0.^[1]

Minden részecske kiszakításához átlagosan ugyanakkora energia szükséges. Ebből következik, hogy egy kristály felolvasztásához szükséges hő egyenesen arányos a részecskeszámmal és így a kristály tömegével is. Az olvadás végbemeneteléhez szükséges hő és az anyag tömegének hányadosa tehát állandó, ez az olvadáshő, azaz L_o, az egységnyi tömegű anyag olvadásához szükséges hőmennyiség.^[1]

A termodinamika szerint az olvadáspontban az anyag szabadentalpia (Gibbs-féle szabadenergia) változása ΔG nulla. De abban a pontban jelen vannak nem nulla értékű változások is,mint: az entalpia (H) ,illetve az entrópia (S), ismervén az olvadás latens hőjét, illetve az olvadás entrópiáját. Ennek következtében az olvadás első számú átmeneti fázisnak felel meg. Az olvadás akkor következik be, amikor a folyadék szabadentrópiája kisebb lesz, mint a szilárd halmazállapotú anyagé. Az a hőmérséklet, aminek a hatására bekövetkezik a változás, az függ az anyagot körülvevő légnyomástól.

Alacsony hőmérsékleten a hélium az egyetlen kivétel. 0,3 K hőmérséklet alatt a Hélium-3 olvadási entalpiája negatív, hasonlóképpen a Hélium-4, aminek 0,8 K alatt az entalpiája szintén negatív. Ezt azt jelenti, hogy egy bizonyos konstans nyomás alatt hőt kell elvenni annak érdekében, hogy az anyag megolvadjon.

Az olvadás elméleti kritériumai közül a Lindemanné és a Borné a leginkább használatosak az olvadási feltételek elemzésére. A Lindemann kritérium azt állítja, hogy az olvadást a rezgési ingatagság okozza. Például: a kristályok akkor kezdenek el olvadni, amikor az atomok termikus vibrációjának átlagos amplitúdója viszonylag hasonló az atomok rendellenes elhelyezkedésével. <δu²>^1/2 > δ_LR_s, ahol δu az atomi elhelyezkedés, δ_L a Lindemann paraméter és R_s az atomok közötti távolság. A Lindemann-féle olvadás kritérium alá van támasztva kristályos és alaktalan anyagokon elvégzett kísérletekkel egyaránt.

Az anyagok olvadáspontja egy karakterisztikus tulajdonság. Általában az olvadáspont megegyezik a fagyásponttal. Habár megtörténhet bizonyos mesterséges körülmények között, hogy a fagyáspont alá hűtünk vagy a forráspont fölé melegítünk; ezekben az esetekben következik be a szuperlehűlés, illetve a szupermelegítés.

Egy nagyon tiszta üvegfelületen a víz általában szuperlehűlést szenved néhány fokkal a fagyáspont alatt úgy, hogy nem fagy meg. Szuper emulziós tiszta vizet le tudnak fagyasztani -38 Celsius-fokig nukleáció nélkül úgy, hogy az jéggé válna. A nukleáció váltja ki az anyagok tulajdonságainak az ingadozását. Ha egy anyagot nem befolyásol semmilyen külső hatás, akkor is létrejöhet a szuperlehűlés. Termodinamikailag a szuperlehűlést szenvedett folyadékok metastabil állapotban vannak, de hirtelen kristályosodnak.

A genetikában a DNS olvadása azt jelenti, hogy a dupla DNS láncot két egyedüli láncra bontanak hevítés vagy kémiai folyamatok által, mint például polimeráz-láncreakcióval.

• szublimáció
• termodinamika

• C. Michael Hogan (2011) Sulfure, Encyclopedia of Earth, eds. A.Jorgensen and C.J.Cleveland, National Council for Science and the environment, Washington DC.
• Atkins, Peter; Jones, Loretta (2008), Chemical Principles: The Quest for Insight (4th ed.), W. H. Freeman and Company, p. 236, ISBN 0-7167-7355-4
• Ott, J. Bevan; Boerio-Goates, Juliana (2000), Chemical Thermodynamics: Advanced Applications, Academic Press, pp. 92–93, ISBN 0-12-530985-6
• M. Born, J. Chem. Phys. 7 (1939) 591–601.
• Stuart A. Rice (15 February 2008). Advances in Chemical Physics. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-23807-3.
• Robert W. Cahn (2001) Materials science: Melting from Within, Nature 413 (#6856)
• S.Y. Park and D. Stroud, Phys. Rev. B 67, 212202 (2003).
• M.I. Ojovan, W.E. Lee. J. Non-Cryst. Solids, 356, 2534–2540 (2010).