Phasenumwandlung

Autor: Hans Lohninger

Bestimmte Phasen (z.B. die flüssige Phase) sind im Allgemeinen nur bei bestimmten äußeren Bedingungen (z.B. Temperatur, Druck, magnetische Feldstärke, etc.) stabil und stehen im Gleichgewicht mit anderen Phasen. Den Übergang von einer Phase in eine andere bezeichnet man als Phasenübergang oder auch als Phasenumwandlung. Die Beschreibung der Phasengleichgewichte erfolgt durch Phasendiagramme.

Im folgenden sei die Phasenumwandlung zwischen den Aggregatzuständen näher beschrieben. Die drei geläufigen Aggregatzustände (fest, flüssig und gasförmig) können bei geeigneten Bedingungen (Druck und Temperatur) jeweils ineinander übergehen.

fest flüssig	:	schmelzen
flüssig fest	:	gefrieren, erstarren
flüssig gasförmig	:	verdampfen, verdunsten
gasförmig flüssig	:	kondensieren, tauen
fest gasförmig	:	sublimieren
gasförmig fest	:	resublimieren

Flüssige und feste Phase stehen bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur im Gleichgewicht. Man nennt diesen Punkt den Schmelzpunkt bzw. Gefrierpunkt. Das selbe gilt für gasförmige und flüssige Phase, hier spricht man von Siedepunkt bzw. Taupunkt.

Eine Besonderheit, die bei manchen Stoffen (z.B. Kohlendioxid) auftritt, besteht darin, dass bei bestimmten Drücken und Temperaturen zwischen flüssiger und gasförmiger Phase nicht mehr unterschieden werden kann (in diesem Fall gibt es also keinen Siedepunkt mehr). Man nennt diesen Zustand überkritisch. Details zum überkritischen Zustand sind im Kapitel zu den pT-Phasendiagrammen beschrieben.

Phasenumwandlungen sind immer auch mit Energieabgabe bzw. -aufnahme verbunden. Das rührt daher, dass die Moleküle aus dem Verband herausgerissen werden müssen und dazu Energie notwendig ist. Beim Erhöhen der Temperatur wird die Bewegung der Moleküle (= kinetische Energie) immer stärker, so dass z.B. am Schmelzpunkt das Kristallgitter zerfällt (die Moleküle ihren angestammten Platz im Gitter verlassen) und die Moleküle sich frei bewegen können. Das selbe gilt für den Verdampfungsprozess; hier verlassen einzelne Moleküle den Flüssigkeitsverband und fliegen dann frei durch den Raum. Dadurch benötigt die gasförmig Phase sehr viel mehr Platz (typisch etwa das 1000-fache Volumen der flüssigen Phase).