Bleibt flüssiges Wasser beim Schmelzpunkt von Eis im thermischen Gleichgewicht mit Eis?

Angenommen, ich habe ein Glas Wasser. Jetzt fange ich an, es zu kühlen, bis es reicht 0 ∘ C . Kurz nachdem es erreicht ist 0 ∘ C , höre ich auf, es zu kühlen.

Nehmen wir wieder an, ich habe einen Eiswürfel. Jetzt fange ich an, es zu erhitzen, bis es reicht 0 ∘ C . Kurz nachdem es erreicht ist 0 ∘ C , ich höre auf zu heizen.

Jetzt nehme ich den Eiswürfel und das Glas Wasser in einen kontrollierten Raum, wo die Temperatur ist 0 ∘ C . Was passiert nun, wenn ich den Eiswürfel in das Wasserglas fallen lasse? Wird das Eis schmelzen oder wird das Wasser gefrieren? Ich denke, sie werden beide gleich bleiben. (1)

Mein Buch definierte den Schmelzpunkt von Wasser wie folgt:

Die Temperatur, bei der reines Eis mit Wasser im Gleichgewicht bleibt, also die Temperatur, bei der reines Eis zu schmelzen beginnt, wird bei Normaldruck als unterer Fixpunkt, Eispunkt oder Schmelzpunkt bezeichnet.

Nun, mein Buch hat vergessen anzugeben, in welcher Art von Gleichgewicht sich Eis und Wasser befinden werden: Wird es ein thermisches Gleichgewicht sein? (2)

Worauf sind die Antworten ( 1 ) & ( 2 ) ?

Antworten (1)

In einem idealen Szenario bleiben Wasser und Eis im thermodynamischen Gleichgewicht miteinander, da es zwischen ihnen keinen Temperaturgradienten für eine Wärmeübertragung gibt. Jedoch wurde in einem praktischen Versuch Wasser bei 0 ∘ C wird sofort zu Eis, wenn es gestört wird. Dies liegt daran, dass die Schmelzenthalpie von Eis im Vergleich zu seiner spezifischen Wärme ziemlich gering ist ( Δ H F u S ≈ 1 10 C w A T e R ) . Der heruntergefallene Eiswürfel dient als Keimpunkt für das Wachstum neuer Eiskristalle, wodurch der Rest des Wassers ebenfalls zu Eis wird.

Ich verstehe. Sollte also in der Definition meines Buches das Wort „thermodynamisch“ oder „thermisch“ vor dem Wort „Gleichgewicht“ stehen, oder ist beides in Ordnung?
Nun, nein, Wasser und Eis können bei der Schmelztemperatur glücklich im Gleichgewicht bleiben. Noch besser, Wasser, Eis und Dampf koexistieren glücklich am Tripelpunkt. Sie können diese Experimente leicht mit einem Kalorimeter durchführen. Insbesondere der Tripelpunkt wird weltweit sehr häufig in Kalibrierlaboren verwendet.
Bleibt flüssiges Wasser beim Schmelzpunkt von Eis im thermischen Gleichgewicht mit Eis?
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