Schmelzendes Eis: reversibel oder irreversibel?

Ich untersuche, ob das Schmelzen von Eis (oder einer anderen Substanz) bei konstantem Druck und konstanter Temperatur reversibel oder irreversibel ist. Verschiedene Quellen sagen unterschiedliche Dinge, und es kann durchaus von bestimmten Bedingungen abhängen. Aber sagt man allgemein, dass Schmelzen reversibel oder irreversibel ist?

Reversibler Prozess bezieht sich auf den Prozess, bei dem wir zum Anfangsschritt zurückkehren können, indem wir die äußeren Bedingungen infinitesimal ändern ; Sie können das Schmelzen umkehren, indem Sie die Außentemperatur infinitesimal ändern, dh. durch Einfrieren. Also, in der Tat, IMO, ich würde das Schmelzen als reversibel betrachten.
Ich möchte den obigen Kommentar ergänzen, indem ich sage, dass physikalische Veränderungen, dh solche, bei denen es keine Veränderung in der Struktur der Atomkomponenten gibt, immer eine reversible Veränderung sind. Die Umkehrung kann immer durch Zugabe oder Entnahme von Energie bewirkt werden!
@ user36790 Es lohnt sich wahrscheinlich darauf hinzuweisen (korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege), dass die Umgebungstemperatur für Ihr Argument gelten muss 0 ∘   C (Atmosphärendruck vorausgesetzt). Ich denke nach Ihrem Argument, dass eine darüber liegende Temperatur der Umgebung nicht reversibel ist.
@Quantumspaghettification: Verwendung ^\circ~\textrm{C}anstelle von \degrees C.
Tatsächlich gibt es während des Schmelzens keine Temperaturänderung (latente Wärme); Wenn das Schmelzen reversibel ist, würde es während der Änderung sicherlich keine allgemeine Entropieänderung geben.
Am Schmelzpunkt ist es reversibel - Sie können Enthalpie addieren oder subtrahieren, um die Menge an Flüssigkeit und Feststoff zu verschieben, aber die freie Energie jeder Phase bleibt gleich.
Ich habe offene Fragen durchgesehen und das ist eine. Bist du mit den Antworten in den Kommentaren zufrieden? Ich denke, was gesagt wird (und was du selbst gesagt hast) ist richtig und das war's :)

Antworten (2)

Um einen Phasenwechsel von fest zu flüssig (Schmelzen von Eis) zu bewirken, ist Wärme erforderlich. Das erfordert, dass der Feststoff einer Umgebung ausgesetzt wird, deren Temperatur höher ist als die des Feststoffs. Die Wärmeübertragung über eine endliche Temperaturdifferenz ist irreversibel.

Der Prozess kann jedoch theoretisch reversibel gemacht werden, wenn die Temperaturdifferenz verschwindend gering ist. Das Problem ist, dass die Wärmeübertragungsrate proportional zur Temperaturdifferenz (für Leitung und Konvektion) oder proportional zur vierten Potenz der Temperaturdifferenz (für Strahlung) ist. Das würde die Schmelzzeit für einen reversiblen Prozess unendlich machen.

Alle reversiblen Prozesse sind Idealisierungen. Alle realen Prozesse sind irreversibel. Vielleicht ist dies einer der Gründe, warum Sie finden, dass „verschiedene Quellen unterschiedliche Dinge sagen“.

Hoffe das hilft.

Das ist die richtige Erklärung.

Es ist irreversibel. Der Grund ist leicht zu verstehen, wenn man sich die molekularen Eigenschaften von Wasser ansieht

Das Vorhandensein einer Ladung auf jedem dieser Atome verleiht jedem Wassermolekül ein Netto-Dipolmoment. Die elektrische Anziehung zwischen Wassermolekülen aufgrund dieses Dipols zieht einzelne Moleküle näher zusammen, was die Trennung der Moleküle erschwert und daher den Siedepunkt erhöht. Diese Anziehung ist als Wasserstoffbindung bekannt. Die Wassermoleküle bewegen sich ständig relativ zueinander, und die Wasserstoffbrückenbindungen brechen und bilden sich ständig in Zeitskalen von mehr als 200 Femtosekunden neu. Diese Bindung ist jedoch stark genug, um viele der besonderen Eigenschaften des Wassers zu erzeugen, beispielsweise diejenigen, die es zu einem integralen Bestandteil des Lebens machen.

Diese Wasserstoffbrückenbindungen mischen das Wasser und sind der Grund für das geringere Flüssigkeitsvolumen im Vergleich zu Eis.

Wenn Sie absolut reines Wasser haben, schmilzt es bei 0 Grad bei normalem Druck, aber Sie müssen es möglicherweise auf -48 Grad Celsius abkühlen , um es wieder fest zu machen. Grund ist die Eisgitterstruktur, die mehr Volumen benötigt als das Wasser.

Natürlich ist alles irgendwie umkehrbar; es hängt nur von Definitionen ab. Aber hier meine ich mit Irreversibilität, dass wir erwarten, dass die gleichen Atome genau die gleichen Positionen einnehmen, die sie vorher hatten; -das ist unmöglich. Da sie nicht einmal auf denselben Molekülen sind, waren sie es vorher.

"Aber hier meine ich mit Irreversibilität, dass wir erwarten, dass die gleichen Atome genau die gleichen Positionen einnehmen, die sie vorher hatten" - das ist nicht, was Reversibilität eines thermodynamischen Prozesses bedeutet.
Es scheint mir klar, dass die angenommene Definition der Umkehrbarkeit diejenige ist, auf die @MAFIA36790 hingewiesen hat. In diesem Fall ist seine Antwort richtig.
@ACuriousMind Ok, das reine Wasser / Eis, das bei null Grad schmilzt, aber bei -48,3 gefriert, ist mit Ihren thermodynamischen Mitteln reversibel. :-) Pls. Zeichne uns das Carnot-Diagramm....
@Jokela Die Antwort ist falsch . Es geht nicht darum, „wie wir Umkehrbarkeit definieren“. Am Schmelzpunkt (konst T Und P , wie im OP angegeben) ist das chemische Potenzial von Eis das gleiche wie das von flüssigem Wasser. Dies macht das Eis/Wasser-System zu einem Gleichgewichtszustand und die Umwandlung zwischen den Phasen zu einem reversiblen Prozess.
@Themis Es ist theoretisch möglich, dass Sie destilliertes Wasser gefroren haben, auf das geschlagen werden musste, um die Gitterstrukturerstellung zu starten, denn obwohl es auf -20 unterkühlt wurde, wurde es nicht gefroren. Wenn dieses Eis dann auf 0 Grad erhitzt und dann auf 0 Grad Wasser geschmolzen und dann wieder auf - 1 Wasser abgekühlt wird, kann es sehr gut flüssig bleiben, wenn Sie nur die Umkehrbarkeit der Temperatur suchen.
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