Lernziel
- Beschreiben Sie die Hauptmerkmale eines Phasendiagramms.
Schlüsselpunkte
- Die wichtigsten Merkmale eines Phasendiagramms sind Phasengrenzen und der Tripelpunkt.
- Phasendiagramme zeigen die Auswirkungen von Druck- und Temperaturänderungen auf den Zustand der Materie.
- An Phasengrenzen existieren zwei Phasen der Materie nebeneinander (welche zwei, hängt vom stattfindenden Phasenübergang ab).
- Der Tripelpunkt ist der Punkt im Phasendiagramm, an dem drei verschiedene Phasen der Materie im Gleichgewicht koexistieren.
Begriffe
- DreifachpunktDie einzige Temperatur und der einzige Druck, bei denen die feste, die flüssige und die gasförmige Phase eines Stoffes alle im Gleichgewicht miteinander sind.
- PhasengrenzeDie Linie in einem Phasendiagramm, die die Bedingungen angibt, unter denen zwei (Übergangs-)Zustände der Materie im Gleichgewicht sind.
Ein Phasendiagramm ist eine Grafik, die zeigt, unter welchen Temperatur- und Druckbedingungen verschiedene Phasen der Materie auftreten. Die einfachsten Phasendiagramme sind die von reinen Stoffen. In diesen Diagrammen ist der Druck auf der y-Achse und die Temperatur auf der x-Achse aufgetragen.
Obwohl Phasen konzeptionell einfach sind, sind sie schwer genau zu definieren. Die Phase eines Systems wird im Allgemeinen als der Bereich im Parameterraum der thermodynamischen Variablen des Systems definiert (für unmittelbare Zwecke im Druck-Temperatur-Parameterraum), in dem die freie Energie des Systems analytisch ist (d.h. sie kann aus bekannten Parametern des Systems genau berechnet werden).
Die wichtigsten Merkmale eines Phasendiagramms sind Phasengrenzen und der Tripelpunkt.
- Phasengrenzen oder Gleichgewichtslinien sind Grenzen, die die Bedingungen angeben, unter denen zwei Phasen der Materie im Gleichgewicht koexistieren können.
- Der Tripelpunkt ist der Punkt im Phasendiagramm, an dem sich die Gleichgewichtslinien schneiden – der Punkt, an dem alle drei verschiedenen Phasen der Materie (fest, flüssig, gasförmig) nebeneinander existieren.
Das Phasendiagramm für Wasser ist nützlich, um zu lernen, wie diese Diagramme zu analysieren sind. Entlang der blauen Phasengrenze existiert Wasser sowohl als Dampf als auch als Flüssigkeit. Entlang der gestrichelten grünen Phasengrenze zeigt sich das anomale Verhalten von Wasser: Bei ausreichend niedrigen Temperaturen und ausreichend hohem Druck liegt es als Feststoff vor. Am Tripelpunkt koexistiert Wasser in festem, flüssigem und gasförmigem Zustand.