Читать книгу Physikalische Chemie - Peter W. Atkins - Страница 299

■ Das Wichtigste in Kürze: (a) Kohlendioxid besitzt ein typisches Phasendiagramm, in dem aber Spuren von schwachen zwischenmolekularen Wechselwirkungen zu erkennen sind. (b) Das Phasendiagramm von Wasser zeigt Anomalien, die mit den ausgedehnten Wasserstoffbrücken zwischen den Molekülen zusammenhängen. (c) Auch Helium zeigt Anomalien (Suprafluidität), die auf seine kleine Masse und die schwachen zwischenatomaren Wechselwirkungen zurückzuführen sind.

In einem Einkomponentensystem (wie beispielsweise reinem Wasser) ist F = 3 – P. Wenn nur eine einzige Phase vorliegt, ist F = 2, und p und T können unabhängig voneinander variiert werden (zumindest über einen kleinen Bereich), ohne dass sich die Zahl der Phasen ändert. Mit anderen Worten: Eine Phase entspricht einer Fläche im Phasendiagramm. Stehen zwei Phasen miteinander im Gleichgewicht, wird F = 1; das bedeutet, dass man bei festgelegter Temperatur den Druck nicht mehr frei wählen kann. (Bei gegebener Temperatur findet man einen ganz bestimmten Dampfdruck einer Flüssigkeit.) Das Gleichgewicht zweier Phasen entspricht demnach einer Linie im Phasendiagramm. Anstelle der Temperatur können wir auch den Druck frei wählen; das Phasengleichgewicht lässt sich dann aber nur bei einer bestimmten Temperatur realisieren. Jeder Phasenübergang, wie beispielsweise das Gefrieren, erfolgt bei vorgegebenem Druck bei einer ganz bestimmten Temperatur.

Abb. 4-7 Die typischen Bereiche eines Einkomponenten-Phasendiagramms. Die Linien entsprechen Bedingungen, bei denen die beiden angrenzenden Phasen im Gleichgewicht stehen. Ein Punkt gibt die (eindeutigen) Bedingungen an, bei denen drei Phasen miteinander im Gleichgewicht stehen. Vier Phasen können nicht miteinander im Gleichgewicht stehen.

Befinden sich drei Phasen miteinander im Gleichgewicht, wird F = 0: Das System ist invariant. Dieser Zustand wird nur bei einem bestimmten Temperatur/Druck-Wertepaar erreicht, das für jeden Stoff charakteristisch ist; diesen Punkt kann man nicht beeinflussen. Das Gleichgewicht dreier Phasen entspricht einem Punkt im Phasendiagramm, dem Tripelpunkt. Da F nicht negativ werden kann, können in einem Einkomponentensystem niemals mehr als drei Phasen koexistieren. Eine Zusammenfassung all dieser Merkmale gibt Abb. 4-7; Sie sollten sie bei der folgenden Diskussion der Phasendiagramme dreier Reinstoffe stets im Hinterkopf behalten.