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Phase (Thermodynamik)


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In der Physikalischen Chemie Thermodynamik und Materialwissenschaft bezeichnet man mit Phase eine Anhäufung von sehr vielen Teilchen über ein weites Volumen homogen ist. Dies bedeutet dass in diesem überall die gleichen physikalischen und chemischen Eigenschaften

Zu diesen Eigenschaften gehören insbesondere die Dichte die chemische Zusammensetzung und die Ordnung . Wichtige Phasen sind die Aggregatzustände fest und gasförmig die sich nur in der und Ordnung unterscheiden.

Homogenität

Viele Stoffe scheinen auf den ersten eine Phase zu sein sind aber bei Betrachtung heterogen zusammengesetzt und bestehen aus mehreren

Ein Beispiel dafür ist Milch : Milch besteht grob gesprochen aus einer Emulsion kleiner Fett -Tröpfchen in Wasser. Das System "Milch" ist ein zweiphasiges System mit einer Wasser- und Fettphase.

Wenn zwei oder mehr Phasen nebeneinander bilden sich Phasengrenzflächen an denen sich die abrupt ändern. Die Phasengrenzflächen zwischen unterschiedlichen Phasen ein spannendes Forschungsgebiet da hier zum Beispiel Reaktionen ablaufen können oder sich die Eigenschaften Stoffes im Vergleich zum Inneren der Phase

Verhalten

Eine gegebene Phase ist nicht unter Bedingungen stabil sie kann sich zum Beispiel eine andere Phase umwandeln. Beispiele für solche Phasenübergänge sind zum Beispiel das Schmelzen oder Verdampfen die durch Temperaturerhöhung ausgelöst werden.
Eine weitere Möglichkeit ist zum Beispiel Zerfall einer Phase in mehrere Phasen eine Ein Beispiel dafür ist saure Milch: die Phase Milch ist nun zerfallen in die "wässrige Flüssigkeit" und die Phase "weißer Niederschlag " ausgelöst durch den steigenden pH-Wert .

Unter manchen Bedingungen können mehrere Phasen stabil sein beispielsweise existieren bei 0°C Wasser Eis gleichzeitig entlang der Dampfdruckkurve koexistieren Wasser und Dampf. Es können mehr als zwei Phasen miteinander koexistieren der Tripelpunkt ist ein Beispiel. Allgemein läßt sich der Gibbsschen Phasenregel die maximal mögliche Anzahl der koexistierenden berechnen.

Um die gesamten möglichen Phasen eines übersichtlich darzustellen werden sie in ein Phasendiagramm eingetragen. Ein Beispiel-Phasendiagramm ist das Phasendiagramm

Schwierigkeit des Homogenitäts-Begriffs

Homogenität ist hier ein schwierig zu Begriff: je nachdem wie genau man den betrachtet kann er als einphasig oder mehrphasig werden. Dabei ist die betrachtete Längenskala

relevant wie in den folgenden beiden gezeigt wird:

Granit besteht eindeutig aus mehreren Bestandteilen was mit bloßem Auge zu sehen ist. Für Betrachtung des gesamten Erdmantels hingegen erscheinen die Unregelmäßigkeiten als so dass der Granit als einzelne Phase angesehen kann.
Mizellen sind zwar extrem winzig sie nur aus wenigen Molekülen aber dennoch können sie als kondensierte Phase zu den Einzelmolekülen aufgefasst werden.

In gewissem Umfang dürfen auch Inhomogenitäten So sind beispielsweise die minimalen Unterschiede in aufgrund der der Gravitation (Konzentrationsgradient Schweredruck) oder die leichte Änderung Zusammensetzung von Kristallen an ihren Oberflächen möglich. Dabei ist die Einführung einer Phase nicht gerechtfertigt da die Eigenschaften sich abrupt sondern kontinuierlich verändern und daher keine existiert.



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