Phasenübergang

Thermodynamik und statistische Physik, Phasenumwandlung, Übergang von einer thermodynamischen Phase in eine andere bei einem charakteristischen Wert von Druck und Temperatur. Der Verlauf der Phasenumwandlung erfolgt über einen instabilen Punkt.

Phasenübergänge lassen sich nach Ehrenfest in ihrem Verhalten hinsichtlich der Stetigkeit der Ableitungen der molaren freien Enthalpie  am Umwandlungspunkt unterscheiden. Ein weiterer Zugang zur Beschreibung von Phasenübergängen ist durch die Landau-Theorie (Phasenübergänge zweiter Art) möglich.

Bisher kennt man zwei Typen, den Phasenübergang erster Art und den Phasenübergang zweiter Art. Mit ihnen identifiziert man heute diskontinuierliche bzw. kontinuierliche Phasenumwandlungen (Phasenübergänge und kritische Phänomene).

In der Beschreibung von Phasenumwandlungen wird davon ausgegangen, dass die Phasen gleichzeitig nebeneinander existieren können und zwischen ihnen ein mechanisches und thermisches Gleichgewicht herrscht, d.h. in beiden Phasen 1 und 2 sind Druck   und Temperatur  gleich. Die Gleichgewichtsbedingung lautet dann mit Hilfe der freien Enthalpie . Somit ist der Gleichgewichtsdruck  alleinig eine Funktion von .

Andere thermodynamische Funktionen und Grössen ergeben sich aus der freien Enthalpie durch Ableitungen:

Daher lassen sich am Umwandlungspunkt auch bestimmte Aussagen über die Entropie , das Volumen , die Molwärme bei konstantem Druck , den Ausdehnungskoeffizienten  und die isotherme Kompressibilität  machen (siehe Abb.).

Phasenübergang: Qualitatives Verhalten der Entropie S (a), der Molwärme bei konstantem Druck C_p (b) und des Volumens V (c) für einen Phasenübergang bei der Temperatur T_u erster (I) bzw. zweiter Art (II).