Phasenumwandlungen
1. Art
Gemeint sind damit alle Aggregatzustandsänderungen
mit den jeweiligen Umwandlungswärmen. Zu diesen Aggregatzustandsänderungen
gehören:
- Schmelzen und Erstarren,
- Sieden und Kondensieren,
- Sublimieren und Resublimieren
Bild 2 gibt einen Gesamtüberblick über die verschiedenen Aggregatzustandsänderungen.
Ausführliche Informationen sind unter den jeweiligen Stichwörtern
zu finden.
Eine besondere Form der Phasenumwandlungen existiert bei Stoffen, die in einem Aggregatzustand in mehreren Modifikationen vorkommen, z.B. Kohlenstoff in Form von Diamant und Grafit oder Zinn in zwei metallischen Formen. Derartige Modifikationen treten nur in bestimmten Temperaturbereichen auf. So ist z.B. rhombischer Schwefel nur unterhalb von 95,3 °C beständig. Oberhalb dieser Temperatur wandelt er sich unter Aufnahme von Wärme in die monokline Form um.
Charakteristische Unterschiede
gibt es auch zwischen kristallinen und amorphen Stoffen. Während
bei kristallinen Stoffen die Phasenumwandlung bei einer bestimmten Temperatur
erfolgt, lässt sich bei amorphen Stoffen, z.B. Kerzenwachs, nur ein
Temperaturbereich angeben, in dem der Übergang in eine andere Phase
erfolgt.
Die
Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Phasen
Bei Stoffen mit bestimmten Umwandlungstemperaturen gilt, dass die betreffenden
Temperaturen vom Druck abhängig sind. Zur Erfassung dieser Zusammenhänge
ist es üblich, für den einzelnen Stoff ein Phasendiagramm
oder Zustandsdiagramm
anzugeben, so wie es in Bild 3 für Wasser dargestellt ist. Der Tripelpunkt
ist derjenige Punkt, bei dem die drei Phasen Eis, Wasser und Wasserdampf
gleichzeitig beständig sind. Er liegt bei Wasser bei 273, 16 K und
unterscheidet sich damit um 0,01 K vom Schmelzpunkt, der bei 0 °C
= 273,15 K liegt. Der Tripelpunkt
kann sehr genau bestimmt werden. Er ist ein Fixpunkt für die Kelvin-Skala.
Der im Diagramm angegebene kritische Punkt ist derjenige, oberhalb dessen
bei keinem noch so großen Druck flüssige und dampfförmige
Phase gleichzeitig vorhanden sind.
Phasenumwandlungen
2. Art
Bei Phasenumwandlungen
2. Art geht es nicht um Aggregatzustandsänderungen, sondern man
meint damit Übergänge zwischen verschiedenen Phasen eines Stoffes,
die sich auf die unterschiedlichsten Parameter beziehen können und
bei denen Umwandlungswärmen keine Rolle spielen. Beispiele für
solche Phasenumwandlungen sind:
- Der Übergang eines Stoffes von der ferromagnetischen zur paramagnetischen Phase,
- der Übergang eines Stoffes vom normalleitenden in den supraleitenden Zustand,
- der Übergang zwischen verschiedenen festen Phasen eines Stoffes, der mit Strukturänderungen im Stoff selbst verbunden ist.