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Phase bezeichnet im Chemie und der Physik auf das Erscheinen von a Staub mit makroskopische homogen gesehen chemisch und körperlichEigenschaften. Diese Eigenschaften haben den Charakter von a statistisch durchschnittlich. Folglich ist der Phasenbegriff nur für eine Größe definiert Angelegenheit von ausreichender Größe. Zwei Phasen sind in der Regel durch eine Grenzfläche voneinander getrennt oder Meniskus.

Klassisch erkannten Menschen als Phasen die Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig. Später kamen die Formen hinzu Plasma und Bose-Einstein-Kondensat. Es gibt immer noch Unterschiede innerhalb dieser Manifestationen, wie z Graphit und Diamant, zwei Phasen von fest Kohlenstoff.

Das chemische Thermodynamik beschäftigt sich mit der Untersuchung verschiedener Phasen und deren Übergänge, die Phasenübergänge, wie Schmelzpunkt und Siedepunkt.

Die einfachsten Phasenübergänge sind die zwischen fester, flüssiger und gasförmiger Phase. unten solide man versteht normalerweise a kristallin Feststoffe, aber zusätzlich gibt es auch amorph Feststoffe, Gläser, Gummi und Gele. unten Flüssigkeit man versteht normalerweise a isotrop flüssig, aber zusätzlich gibt es auch anisotrop Flüssigkeiten (Flüssigkristalle).

Viele Stoffe zeigen unterschiedliche kristalline Phasen: Eis tritt beispielsweise in mindestens fünfzehn verschiedenen Phasen auf. Jede kristalline Phase (Polymorph) einer bestimmten Substanz ist stabil bei einer Charakteristik Temperatur und Druck. Eine Substanz wie Diamant, a allotrop Kohlenstoff, der nur unter extrem hohem Druck und bei hoher Temperatur gebildet werden kann, kann unter niedrigerem Druck und niedrigerer Temperatur gebildet werden als metastabil Zustand noch vorhanden.

Bei extrem tiefen Temperaturen sind andere Aggregatzustände möglich:

• Bose-Einstein-Kondensat
• suprafluide Phase (vergeht Helium).
• supraleitende Phasen.

Darüber hinaus gibt es Stoffe mit a ferromagnetische Phase und ein paramagnetische Phase. Eine weitere bekannte Phase ist die Glasphase. Bei sehr hohen Temperaturen wird die Plasmaphase auf.

Unterschied zwischen Phase und Aggregatzustand

Vor allem im FestAggregatzustand können einige Stoffe treten in verschiedenen Phasen auf.

Diamant und Graphit sind beide Fest Phasen von Kohlenstoff, aber Unterschiede gegenseitig stark in der Rangfolge ihrer Kristalle.

Von Fest Wasser (Eis) sind viele verschiedene Möglichkeiten bekannt, wie die Wassermoleküle angeordnet werden können. Siehe weiter den Artikel 'Eis Kristall'.

Notation

Wir notieren die Phasen mit beispielsweise Sauerstoff (O₂) wie folgt:

Fest, flüssig und gasförmig

Viele Stoffe gibt es in drei Aggregatzustände vor dem. Bei niedriger Temperatur bilden sie a solide, bei etwas höherer Temperatur a Flüssigkeit und bei noch höherer Temperatur a Gas.

Bei diesen Änderungen ist es nicht erforderlich, dass die chemischen Bindungen im Moleküle des Stoffes verändert werden. Zum Beispiel die Flüssigkeit Wasser kann sich bei niedrigeren Temperaturen in Eis und bei höherer Temperatur in Wasserdampf, unter bestimmten Umständen Dampf namens. Diese drei Phasen bestehen alle aus dem gleichen H₂O-Molekül.

Das Phasenübergang von fest zu flüssig und von flüssig zu gas kosten Energie: das Schmelzwärme und der Verdampfungswärme das sind charakteristische Konstanten pro Substanz für diese Substanz.

Der Übergang von fest zu flüssig heißt schmelzen, die von Flüssigkeit in einem Gas verdampfen. Umgekehrt ist der Übergang von gasförmig zu flüssig kondensieren genannt, und von flüssig zu fest verfestigen.

Bei einigen Stoffen ist es unter bestimmten Bedingungen möglich, die flüssige Phase zu überspringen. Der Übergang zwischen Festkörper und Gas wird als bezeichnet Sublimat, beim Übergang von gasförmig direkt zu fest spricht man von desublimieren oder von reifen.

Feste Stoffe

In einem Festkörper sind Atome fest miteinander verbunden. Sie liegen oft sehr nahe beieinander. Dadurch ist der Stoff fest. Manchmal bilden die Atome erkennbare Gruppen Moleküle. In diesem Fall ist die Wechselwirkung zwischen den Molekülen deutlich schwächer als die chemische Bindung zwischen den Atomen in einem Molekül. Von einer molekularen Struktur kann in vielen Fällen keine Rede sein.

Obwohl es einige Ausnahmen von dieser Regel gibt, sind Atome (bzw. Moleküle) praktisch nicht in der Lage, sich durch Materie hin und her zu bewegen; sie wackeln normalerweise nur um eine feste Stelle herum. Normalerweise zeigt die Stapelung der Teilchen eine strenge Regelmäßigkeit und bildet a forms Zeitplan. In diesem Fall sprechen wir von einem kristallinen Festkörper. Einem Glas fehlt diese Ordnung.

Kristalline Feststoffe haben eine Struktur, die in vielen Fällen anisotrop ist. Das heißt, die Eigenschaften hängen von der Richtung im Kristall ab. Die Anisotropie hängt eng mit der Symmetrie des Gitters zusammen. Eine kristalline Phase kann oft durch die Art des Gitters und seine Symmetrie von einer anderen unterschieden werden. Kristalline Phasen können aus Molekülen bestehen, aber das ist sicherlich nicht immer der Fall.

EIN Glas hat kein regelmäßiges Gitter und seine Eigenschaften sind im Allgemeinen isotrop.

Feststoffe sind oft nicht sehr gut ineinander löslich. Vollständige Löslichkeit ist nur möglich, wenn die Symmetrien gleich oder sehr eng verwandt sind. Ein gutes Beispiel für vollständige Löslichkeit sind die Metalle Silber und Gold. Sie haben die gleiche Kristallstruktur und sind in jedem Verhältnis löslich. Dieses feste Lösung (Legierung) aus Silber und Gold Elektrum erwähnt.

Flüssigkeiten

In einer Flüssigkeit gibt es auch starke Anziehungskräfte zwischen den Molekülen, aber die Moleküle sind nicht sehr lange aneinander gebunden. Anders als bei einem Festkörper finden ständig Verschiebungen statt. Moleküle bewegen sich durcheinander, aber sie werden ständig voneinander angezogen. Die Substanz fließt, aber zwischen den Molekülen gibt es nicht viel Leerraum.

Flüssigkeiten neigen stärker zur gegenseitigen Löslichkeit als Feststoffe, jedoch ist die Löslichkeit keineswegs gewährleistet. Öl und Wasser sind dafür ein gutes Beispiel.

Die meisten Flüssigkeiten sind isotrop, aber es gibt Ausnahmen, die Flüssigkristalle genannt werden.

Gase

In einem Gas sind die Anziehungskräfte zu gering, um die sich schnell bewegenden Moleküle zusammenzukleben. Meistens bewegen sich die Moleküle eines Gases fast ohne von anderen Molekülen gestört zu werden. Um die Moleküle herum ist leerer Raum.

Gase sind immer vollständig mischbar. Man könnte sagen, dass es wirklich nur eine Gasphase gibt.

Übergänge

sehen Phasenübergang für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Die Phasenübergänge zwischen den oben genannten Phasen finden statt, weil die Kräfte zwischen den Molekülen ab einer bestimmten Temperatur nicht mehr groß genug sind, um die Moleküle an Ort und Stelle zu halten. Es ist also nicht so, dass bei höheren Temperaturen die Kräfte zwischen den Molekülen abnehmen. Der Übergang von einer Phase zur anderen erfolgt normalerweise allmählich, durch den Prozess der Keimbildung und Wachstum.

Dass ein Phasenübergang unter bestimmten Bedingungen reversibel auftritt bedeutet, dass die beiden Phasen ein gleiches een . haben freie Energie haben. Mit einem solchen Phasenübergang Enthalpie freigegeben, während die Entropie des Systems oder umgekehrt.

Wird einem System Wärme zugeführt, das keinen Phasenübergang zeigt, steigt die Temperatur kontinuierlich an. Während eines Phasenübergangs (ein Teil davon) wird die zugeführte Energie verwendet, um den Phasenübergang zu bewirken und eine plötzliche Änderung der Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs kann beobachtet werden. Darauf aufbauend Techniken, um Phasenübergänge (Mikro-Kalorimetrie).

Ein Beispiel aus der täglichen Praxis ist ein Topf mit Wasser auf einem Feuer: Die Temperatur des Wassers steigt schnell an, bis der Phasenübergang von flüssig zu dampf beginnt. Zu diesem Zeitpunkt bleibt die Temperatur stabil auf dem Siedepunkt 100 °C, bis das gesamte Wasser verdampft ist. Während dieser Phasenübergang sehr offensichtlich ist und auch ohne zeitliche Verfolgung der Temperatur beobachtet werden kann, können andere Phasenübergänge so subtil sein, dass es keine andere Möglichkeit gibt, sie zuverlässig zu beobachten.

Ein Phasenübergang in einem kristallinen Material kann auch verfolgt werden, indem man kristallographisch Messungen. Daraus lässt sich oft im Detail ermitteln, welche Veränderungen in der Substanz während des Übergangs auftreten.

Bose-Einstein-Kondensat

Es Bose-Einstein-Kondensat ist ein niederenergetischer Zustand (niedriger als der Festkörper), in dem die Atome sozusagen zu einem großen Atom verschmelzen. Da sie sich bei sehr niedrigen Temperaturen sehr langsam bewegen, ist ihre Position entsprechend der Quantenmechanik mehr ausbreiten und überlappen. Das Kondensat steht in engem Zusammenhang mit dem Fermionisches Kondensat; Der Unterschied zwischen den beiden liegt in der Art der Partikel, die verschmelzen.

Plasma

Das Plasmazustand ist ein hochenergetischer Zustand (höher als der gasförmige Zustand), in dem die Elektronen Ablösung der Kerne (ionisiertes Gas).

Amorphe Phase

Wie ein Flüssigkeit so schnell kühlt ab dass sie keine Kristalle bilden kann, wird sie nicht Festphase nehmen. Auf der anderen Seite wird sie amorph Phase (Glasphase). Das Temperatur wo ein Flüssigkeit in die Glasphase umgewandelt heißt Glasspitze.

Mehrere feste Phasen des gleichen Stoffes

Bei genauerer Betrachtung eines Stoffes sind insbesondere die Feststoffe im Inneren zu finden Aggregatzustand mehrere Strukturen gefunden werden. Für festes Wasser oder Eis sind beispielsweise sieben verschiedene Arten bekannt, wie die Wassermoleküle angeordnet werden können. Das sind sieben Fest Phasen des Wassers. Diese unterschiedlichen festen Phasen eines Stoffes treten bei unterschiedlichen Drücken und Temperaturen auf. Auch das Ändern der Kühlrate beim Verfestigen eines anderen Festphase Ausbeute. Die Unterschiede zwischen Polymorphen derselben Chemikalie können signifikant sein: Diamant und Graphit sind zwei Polymorphe von Kohlenstoff, die in vielen Eigenschaften unterscheiden sich wie Tag und Nacht.

Bei Arzneimitteln, die in fester Form verabreicht werden, ist es von großer Bedeutung, vor der Vermarktung des Produkts alle möglichen festen kristallinen Phasen zu untersuchen. Andernfalls kann eine unbekannte Phase (polymorph) die Wirkung des Arzneimittels später auf gefährliche Weise verändern.

Flüssigkristalle

Etwas chemische Verbindungen haben unterschiedliche flüssige Phasen. Die normale flüssige Phase, die fast alle Verbindungen kennen, heißt isotrop flüssige Phase genannt, d. h. in ihr ist keine Richtung zu erkennen. Die Eigenschaften sind in jeder Richtung gleich. Neben der isotropen Flüssigphase gibt es auch anisotrop flüssige Phasen, auch genannt flüssigkristallin Phasen genannt. In einer solchen Phase gibt es ein gewisses Maß an Richtung und Ordnung; zum Beispiel können die Moleküle alle ungefähr in die gleiche Richtung zeigen oder sich in Säulen packen.

Mischungen

Richtig interessant wird die Phasentheorie, wenn Mischungen studiert werden. Einige Flüssigkeiten, wie z Wasser und Alkohol, sind immer und in jedem Verhältnis mischbar, andere, wie Wasser und Öl, sind immer schwer zu mischen. Mischungen zeigen bei unterschiedlichen Temperaturen ein unterschiedliches Verhalten: zum Beispiel Trennung Biene Zuckerwasser, von denen mit abnehmender Temperatur aufgelöstZuckerPräzipitat/kristallisiert. Ähnliche Effekte können auch bei Feststoffgemischen auftreten, die die Materialeigenschaften dramatisch verändern können.

So ist Weiß geworden Schokolade das Ergebnis eines Phasenübergangs eines der Mischung Schokoladenbestandteile, wodurch eine Entmischung auftritt. Oberhalb der Raumtemperatur schmilzt das in der Schokolade enthaltene Kakaobutter. Sinkt dann die Umgebungstemperatur, wird die geschmolzene Kakaobutter fest/auskristallisieren, aber nicht zur Schokoladenmischung zurückkehren: a Phasentrennung, in dem die KakaobutterKristalle sichtbar als weißer „Ausschlag“. Eine andere Form der Phasentrennung in Schokolade tritt auf, wenn Schokolade zu hoch ist Feuchtigkeit oder bei stark schwankenden Temperaturen gelagert. Es bildet sich dann Kondensation auf der Schokolade, in der die Zucker aus der schokolade löst sich. Bei höherer Temperatur oder abnehmender Luftfeuchtigkeit verdunstet das Kondenswasser und die Zuckerkristalle bleiben zurück: ein weiteres Beispiel für die Phasentrennung aus der Schokoladenmasse.

Metall-Legierungen (Metallgemische) bestehen in der Regel nicht aus einer festen Phase, sondern weisen – je nach genauer Zusammensetzung und Temperatur – mehrere feste Phasen auf. Jede Phase zeichnet sich durch ihre eigene Art und Weise aus, in der die Atome a Kristallgitter Formen. Die Stabilität der verschiedenen Phasen von Mischstoffen und die damit verbundene Mischbarkeit von Stoffen wird oft in a . dargestellt Phasendiagramm, die in einem Diagramm die Zusammensetzung eines 2-Komponenten-Systems gegen eine externe Variable, z. B. Temperatur, oder die Zusammensetzung eines 3-Komponenten-Systems bei festen (unveränderlichen) Bedingungen aufträgt.

Zinnpest ist eine Phasentrennung, die im Metallgitter des reine Substanz silberweiße Dose. Unter 13,2 °C streben die Zinnionen eine andere räumliche Anordnung an. Das neue räumliche Anordnung der Zinnionen ist bei diesen niedrigeren Temperaturen am größten Stabilität. Diese Verwandlung des Zinns ist das grau-schwarze α-Zinn. Solange der Phasenübergang von silberweißem β-Zinn zu grauschwarzem α-Zinn noch nicht abgeschlossen ist, besteht der fragliche Zinngegenstand also aus einer „Mischung“ zweier Zinnverwandlungen.

Siehe auch

• Phasenregel

Siehe die Kategorie Phase (Materie) von Wikimedia Commons für Mediendateien zu diesem Thema.