Читать книгу Physikalische Chemie - Peter W. Atkins - Страница 292

Allotrope sind unterschiedliche Modifikationen eines Elements (z. B. O₂ und O₃ oder Diamant und Graphit); bei Verbindungen, die in unterschiedlichen Formen vorkommen, spricht man entsprechend von Polymorphen.

Die Anzahl der Phasen in einem System bezeichnen wir mit P. Ein Gas oder eine Gasmischung besteht aus einer einzigen Phase (P = 1), auch ein Kristall oder zwei vollständig mischbare Flüssigkeiten oder eine Lösung von z. B. Natriumchlorid in Wasser bilden eine Phase. Eis ist eine Phase (P = 1), auch wenn es in kleine Splitter zerteilt ist. Schneematsch allerdings ist ein Gemisch aus fein verteilten Eisstückchen und Wasser; dieses System besteht aus zwei Phasen (P = 2), auch wenn man die Phasengrenzfläche nicht auf den ersten Blick erkennt. Calciumcarbonat kann sich entsprechend

thermisch zersetzen; ein System, in dem dieser Vorgang abläuft, besteht aus zwei festen (Calciumcarbonat und Calciumoxid) und einer gasförmigen Phase (Kohlendioxid).

Abb. 4-1 Die Unterscheidung zwischen (a) einer einphasigen Lösung, deren Zusammensetzung auch auf mikroskopischer Ebene homogen ist, und (b) einer Dispersion, bei der Teilchen einer Phase in eine Matrix der anderen Phase eingebettet sind.

Eine Legierung zweier Metalle ist ein Zweiphasensystem (P = 2), wenn sich die Metalle nicht miteinander mischen; sind sie jedoch vollständig mischbar, liegt nur eine Phase (P = 1) vor. Dieses Beispiel zeigt, dass die Entscheidung, aus wie vielen Phasen ein System besteht, nicht immer ganz einfach zu treffen ist. Eine Lösung (eine homogene Mischung) zweier fester Stoffe A und B ist auch auf mikroskopischer Ebene räumlich homogen: Atome von A sind jeweils von Atomen A und B umgeben, und jede noch so kleine entnommene Menge spiegelt genau die Zusammensetzung der gesamten Probe wider.

Eine Dispersion ist, makroskopisch gesehen, ebenfalls ein homogenes System; sieht man auf mikroskopischer Ebene jedoch genauer hin, stellt man fest, dass in Wirklichkeit Körnchen oder Tropfen der einen Substanz eingebettet in eine Matrix der anderen Substanz vorliegen. Wenn man nun eine sehr kleine Probe entnimmt, kann diese zufällig nur kleine Tröpfchen von A enthalten; die Zusammensetzung des Gesamtsystems wird nicht korrekt wiedergegeben (Abb. 4-1). Solche Dispersionen spielen eine wichtige Rolle, da bei vielen modernen Werkstoffen (z. B. Stählen) durch eine genau definierte thermische Behandlung die Ausfällung einer fein verteilten Phase (wie der Carbidphase) in der Matrix der gesättigten festen Mischung erreicht wird. Auf diese Weise ist es durch Kenntnis der Phasengleichgewichte möglich, eine genau auf die Anwendung und die dabei geforderten mechanischen Eigenschaften des Stoffs zugeschnittene Mikrostruktur zu erhalten.

Abb. 4-2 Eine Abkühlungskurve bei konstantem Druck. Das Plateau entspricht der Zeit, während der das System sich nicht weiter abkühlt, weil ein exothermer Phasenübergang erster Ordnung (Erstarren) stattfindet. Anhand dieses Plateaus kann man T_Sm identifizieren, auch wenn der Übergang visuell nicht beobachtbar ist.