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L4.1.1a Jede einzelne Fläche in einem Phasendiagramm repräsentiert eine einzelne Phase, während Linien die Phasengrenzen anzeigen, entlang derer zwei Phasen im Gleichgewicht koexistieren. Punkt a liegt in einer Fläche, also existiert hier nur eine Phase. Die Punkte b und d liegen auf Linien, also liegen hier zwei Phasen vor. An Punkt c stehen drei Phasen miteinander im Gleichgewicht.

L4.1.2a Wenn eine infinitesimal kleine Menge dn einer Substanz von einem Bereich in einen anderen gebracht wird, ist die Änderung der Freien Enthalpie (siehe Abschn. 4.1.1c des Lehrbuchs)

Arbeitsbuch zu Atkins, de Paula, Keeler Physikalische Chemie, 6. Auflage. Peter Bolgar, Haydn Lloyd, Aimee North, Vladimiras Oleinikovas, Stephanie Smith und James J. Keeler

© 2022 WILEY-VCH GmbH. Published 2022 by WILEY-VCH GmbH.

Wir wollen annehmen, dass 0,1 mmol eine hinreichend geringe Menge ist, sodass wir sie als „infinitesimal klein“ auffassen können. Im vorliegenden Fall ist folglich

L4.1.3a Wir verwenden die Phasenregel (Gl. (4.1), F = C − P + 2) mit C = 2 (für ein Zweikomponentensystem). Umstellen nach der Anzahl der Phasen P ergibt

Die maximale Zahl von Phasen im Gleichgewicht tritt auf, wenn die Zahl der Freiheitsgrade F minimal ist (d. h. null); diese Zahl ist vier.

L4.1.4a Wir verwenden die Phasenregel (Gl. (4.1), F = C − P + 2) mit C = 1 (für ein Einkomponentensystem). Einsetzen von P = 1 liefert F = 1 − 1 + 2 = 2. Die Bedingung P = 1 repräsentiert daher eine Fläche. Für eine Fläche ist F = 2, weil es möglich ist, zwei Variablen (den Druck und die Temperatur) innerhalb gewisser Grenzen unabhängig voneinander zu variieren. P = 1 zeigt an, dass nur eine einzige Phase vorliegt, was die Tatsache widerspiegelt, dass jede Fläche in einem Phasendiagramm eine Phase repräsentiert.

L4.1.5a

1 (i) Der Punkt für 200 K und 2,5 atm liegt auf der Grenze zwischen der festen und der Gasphase. Unter diesen Bedingungen würden also zwei Phasen vorliegen, die miteinander im Gleichgewicht stehen.

2 (ii) Der Punkt für 300 K und 4 atm liegt in der Gasphasenregion, daher liegt bei diesen Bedingungen nur eine Phase vor.

3 (iii) Die Temperatur 310 K überschreitet die kritische Temperatur von CO2, daher ist es in diesem Fall unmöglich, eine genaue Trennung zwischen der Gasphase und der flüssigen Phase vorzunehmen. Es liegt bei dieser Temperatur, unabhängig vom Druck, daher nur eine Phase vor (nämlich ein überkritisches Fluid, scCO2; siehe Abschn. 4.1.2a und „Anwendung 6: Technologie – Überkritische Fluide“ am Ende von Abschn. 4.1 des Lehrbuchs).