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Phasengrenze

Thermodynamik und statistische Physik, die Oberfläche zwischen einem kondensierten, d.h. flüssigen oder festen Stoff und einer Gasphase. Physikalische Eigenschaften wie Dichte, Kompressibilität und Brechungsindex ändern sich an der Phasengrenze oftmals sprunghaft.

Phasengrenzen sind nicht nur die sichtbaren äusseren Grenzflächen von Flüssigkeiten und festen Stoffen. Mitunter sind im Systeminneren ausgedehnte Phasengrenzen vorhanden (z.B. poröse Festkörper). Lokal erstrecken sich Phasengrenzen über mehrere Atom- oder Moleküldurchmesser.

Zur thermodynamischen Beschreibung an der Phasengrenze führt man zweckmässigerweise eine dritte Phase, die Grenzflächenphase ein. Mit ihr kann jede extensive Eigenschaft des Gesamtsystems additiv aus den betreffenden Eigenschaften der als grenzflächenlos angesehenen Nachbarphasen Phasengrenze und Phasengrenze und der zweidimensionalen Grenzflächenphase Phasengrenze dargestellt werden. Die so definierten Zustandsgrössen heissen gesamte Grenzflächenenergie Phasengrenze, Grenzflächenenthalpie Phasengrenze, Grenzflächenentropie Phasengrenze, freie Grenzflächenenergie Phasengrenzeund freie Grenzflächenenthalpie Phasengrenze.

Für die Grenzflächenphase entfällt, da sie laut Definition kein Volumen einnimmt, die partielle Abhängigkeit vom Druck Phasengrenze. Dafür muss die Abhängigkeit von der zweidimensionalen Ausdehnung Phasengrenze berücksichtigt werden. Damit ergibt sich für das Gleichgewicht Phasengrenze die Gibbssche Fundamentalgleichung für die Grenzflächenphase:

Phasengrenze

(Phasengrenze: chemisches Potential, Phasengrenze: Stoffmenge der Komponente i in der Grenzflächenphase). Mit Phasengrenze, Phasengrenze und Phasengrenze gilt dann für das Gesamtsystem

Phasengrenze

Der partielle Differentialquotient

Phasengrenze 

wird als spezifische freie Grenzflächenenthalpie bezeichnet. Er gibt die Änderung der freien Enthalpie des Gesamtsystems bei Änderung der Grenzflächenausdehnung um die Flächeneinheit an, wenn dabei der Druck, die Temperatur und die stoffliche Zusammensetzung unverändert bleiben.

 

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Phasengrenzen im Erdmantel

 

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