Skupenské teplo / Tavenie
Tiež: Teplo topenia, Entalpia topenia, Latentné teplo topenia
Skupenské teplo topenia je množstvo energie, ktoré musí látka prijať, aby pri teplote tavenia prešla z pevného do kvapalného skupenstva bez zmeny svojej teploty.
Skupenské teplo topenia (nazývané aj teplo topenia alebo latentné teplo topenia) opisuje energiu, ktorú treba látke dodať, aby sa pri konštantnom tlaku a konštantnej teplote — a to pri teplote tavenia — úplne premenila z pevného do kvapalného skupenstva. Táto energia nemení teplotu, ale rozbíja väzby kryštálovej mriežky v pevnej látke. Proces je endotermický; pri tuhnutí sa tá istá energia opäť uvoľní ako kryštalizačné teplo.
Fyzikálny základ
Pri zahrievaní kovu teplota najprv stúpa lineárne. Pri teplote tavenia zostáva napriek ďalšiemu prívodu tepla konštantná, kým sa celá látka neroztaví — až potom teplota taveniny ďalej stúpa. Dodaná energia je uložená v prekonávaní medzimolekulových väzbových síl.
Špecifické skupenské teplo topenia $\Delta H_\text{fus}$ vyplýva zo vzťahu:
Q = m · ΔH_fus
kde Q je potrebné množstvo tepla (v J), m je hmotnosť (v kg) a ΔH_fus je špecifické skupenské teplo topenia (v kJ/kg) príslušného materiálu.
Skupenské teplá topenia dôležitých drahých kovov v porovnaní
| Kov | Teplota tavenia | Skupenské teplo (kJ/mol) | Skupenské teplo (kJ/kg) |
|---|---|---|---|
| Zlato | 1 064 °C | 12,55 | 63,7 |
| Striebro | 961 °C | 11,28 | 104,6 |
| Platina | 1 768 °C | 22,17 | 113,6 |
| Paládium | 1 555 °C | 16,74 | 157,3 |
| Meď | 1 085 °C | 13,05 | 205,4 |
Platina a paládium vykazujú tak na mol, ako aj na kilogram podstatne vyššie skupenské teplá topenia než zlato, čo vysvetľuje zvýšenú energetickú náročnosť pri ich spracovaní v rafinérii.
Význam pre spracovanie drahých kovov a hodnotu pretavenia
Pri výkupe, recyklácii a afinácii starého zlata, zlomkového zlata alebo zubného zlata zohráva skupenské teplo topenia praktickú úlohu: hodnota pretavenia predmetu opisuje čistú materiálovú hodnotu vztiahnutú na aktuálnu cenu zlata resp. cenu striebra — nezávisle od tvaru alebo razby. Afinérie a recyklačné podniky musia kalkulovať tepelný energetický vstup pri pretavovaní, ktorý priamo závisí od skupenského tepla topenia zmesi zliatiny.
Rýdzosť zliatiny ovplyvňuje aj jej efektívne skupenské teplo topenia: zliatiny ako zlato 585 (14 karátov) sa tavia v teplotnom rozsahu (solidus až likvidus), nie v jednom definovanom bode ako čistý kov rýdze zlato (999).
V skratke
Skupenské teplo topenia je kľúčová veličina fyziky drahých kovov: určuje energetickú potrebu pri pretavovaní, vysvetľuje plató v krivke zahrievania a je základom kalkulačky hodnoty pretavenia. Vyššie skupenské teplo topenia znamená viac energie na kilogram — s priamym vplyvom na náklady na spracovanie v rafinérii a recyklácii.