Ενθαλπία τήξης / Τήξη

Με τον όρο ενθαλπία τήξης (ή λανθάνουσα θερμότητα τήξης) εννοούμε την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται ώστε ένα υλικό, υπό σταθερή πίεση και ενώ βρίσκεται ήδη στο σημείο τήξης, να μετατραπεί ολοκληρωτικά από στερεό σε υγρό. Το χαρακτηριστικό αυτής της ενέργειας είναι ότι δεν ανεβάζει τον υδράργυρο του θερμομέτρου: δαπανάται αποκλειστικά για τη διάρρηξη των δεσμών του κρυσταλλικού πλέγματος. Πρόκειται για ενδόθερμο φαινόμενο και, όταν το τήγμα ξαναστερεοποιείται, η ίδια ακριβώς ποσότητα ενέργειας αποδίδεται πίσω στο περιβάλλον ως ενθαλπία κρυστάλλωσης.

Τι συμβαίνει σε μοριακό επίπεδο

Αν θερμάνουμε σταδιακά ένα κομμάτι μετάλλου, η θερμοκρασία του ανεβαίνει σχεδόν ευθύγραμμα – ώσπου να φτάσει το σημείο τήξης. Εκεί εμφανίζεται ένα «πλατό»: η θερμοκρασία «κολλάει» και μένει σταθερή όσο συνεχίζουμε να προσδίδουμε θερμότητα, ώσπου να λιώσει και ο τελευταίος κρύσταλλος. Μόνο αφού τηχθεί ολόκληρη η μάζα αρχίζει ξανά να αυξάνεται η θερμοκρασία, τώρα πια του υγρού. Όλη η ενδιάμεση ενέργεια «καταναλώνεται» για να νικηθούν οι ελκτικές δυνάμεις που κρατούν τα άτομα δεμένα στο πλέγμα.

Η ειδική ενθαλπία τήξης $\Delta H_\text{fus}$ συνδέεται με τη θερμότητα μέσω της σχέσης:

Q = m · ΔH_fus

όπου Q είναι η θερμότητα που χρειαζόμαστε (σε J), m η μάζα του υλικού (σε kg) και ΔH_fus η ειδική ενθαλπία τήξης (σε kJ/kg).

Σύγκριση τιμών στα βασικά πολύτιμα μέταλλα

Αν κοιτάξει κανείς τις τιμές ανά κιλό, ο χρυσός είναι από τα «οικονομικότερα» μέταλλα ως προς την τήξη, ενώ ο λευκόχρυσος και το παλλάδιο απαιτούν σαφώς μεγαλύτερη ενεργειακή δαπάνη – γι' αυτό και η κατεργασία τους στο διυλιστήριο κοστίζει ακριβότερα σε θερμότητα.

Γιατί ενδιαφέρει στην επεξεργασία και στην αξία τήξης

Στην αγορά, την ανακύκλωση και τον εξευγενισμό παλαιού χρυσού, θραυσμάτων ή οδοντιατρικού χρυσού, η ενθαλπία τήξης έχει καθαρά πρακτική σημασία. Η αξία τήξης ενός αντικειμένου αντιστοιχεί στην καθαρή αξία του υλικού με βάση την τρέχουσα τιμή χρυσού ή τιμή αργύρου, ανεξάρτητα από το αν πρόκειται για νόμισμα, κόσμημα ή ράβδο. Οι μονάδες διύλισης και ανακύκλωσης πρέπει να συνυπολογίζουν πόση θερμική ενέργεια θα ξοδέψουν κατά την τήξη, ποσό που εξαρτάται άμεσα από την ενθαλπία τήξης του συγκεκριμένου κράματος.

Σημειώνεται ότι η καθαρότητα ενός κράματος μεταβάλλει και την πραγματική ενθαλπία τήξης του: ένα κράμα όπως ο χρυσός 585 (14 καράτια) δεν λιώνει σε ένα μοναδικό σημείο, αλλά μέσα σε ένα εύρος θερμοκρασιών (από το solidus έως το liquidus) – σε αντίθεση με το καθαρό μέταλλο, τον καθαρό χρυσό (999), που τήκεται σε συγκεκριμένη θερμοκρασία.

Συνοπτικά

Η ενθαλπία τήξης αποτελεί βασικό μέγεθος της φυσικής των πολύτιμων μετάλλων: εξηγεί το πλατό στην καμπύλη θέρμανσης, καθορίζει πόση ενέργεια χρειάζεται το λιώσιμο και τροφοδοτεί τους υπολογισμούς στον υπολογιστή αξίας τήξης. Όσο υψηλότερη η ενθαλπία τήξης, τόσο περισσότερη ενέργεια ανά κιλό απαιτείται – με ευθεία επίδραση στο κόστος επεξεργασίας διυλιστηρίων και μονάδων ανακύκλωσης.

Πηγές: NIST WebBook (webbook.nist.gov), Περιοδικός Πίνακας IUPAC (iupac.org), Heraeus (heraeus.com).