Phasengleichgewichte

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PHASENGLEICHGEWICHTE

Verschiedene Zustände eines Stoffes, die gleichzeitig im Gleichgewicht miteinander existieren können, werden als verschiedene Phasen dieses Stoffes bezeichnet.

Beispiele für verschiedene Phasen:

gasförmig, flüssig, fest, ferromagnetisch, paramagnetisch, antiferromagnetisch, normalleitend/supraleitend, normalfluid/suprafluid, kubisch-raumzentriert/kubisch flächenzentriert, "Eis 8"/"Eis 9"

Im Phasendiagramm trägt man ein, welche Phase einer Substanz bei gegebenen Werten von p,T stabil ist. Eine Kurve, in der sich die Gebiete zweier Phasen berühren, heißt Grenzkurve. Auf ihr liegen die Punkte (p,T), für die ein Gleichgewicht zwischen den beiden Phasen möglich ist.

Beispiel: Phasendiagramm von

(1) Tripelpunkt: Bei diesen Werten von p,T können alle drei Phasen miteinander im GGW existieren.

(2) kritischer Punkt: Hier endet die Grenzkurve flüssig-fest. Wenn man von der flüssigen in die gasförmige Phase übergeht auf einem Weg oberhalb des kritischen Punktes, der die Grenzkurve nicht schneidet, so findet dabei kein Phasenübergang statt. Oberhalb der kritischen Temperatur und oberhalb des kritischen Druckes ist eine Unterscheidung zwischen flüssiger und gasförmiger Phase nicht mehr möglich. Im kritischen Punkt werden die Dichten von Flüssigkeit und Gas gleich groß.

Wenn zwei Phasen miteinander im Gleichgewicht stehen, dann ist zwischen ihnen Wärmeaustausch, Teilchenaustausch und Druckausgleich möglich. Es gilt deshalb:

Bei Phasenübergängen 1. Ordnung springt die erste Ableitung eines thermodynamischen Potentials, bei Phasenübergängen 2. Ordnung die zweite Ableitung.

Für die freie Enthalpie G(T,p) bedeutet das bei einem Phasenübergang erster Ordnung:

S als Funktion von T (bei festem p) springt bei der Übergangstemperatur. Genauso ergibt sich der Sprung, wenn man S als Funktion von p bei festem T aufträgt. (Bem.: S nimmt - wie im Diagramm gezeigt - mit wachsendem T immer zu, weil ist)

V als Funktion von p (bei festem T) springt beim Druck des Phasenüberganges. Entsprechend ergibt sich dieser Sprung in einem Diagramm von V als Funktion von T bei festem p. (Bem.: V muß mit wachsendem p abnehmen, weil ist)


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