Читать книгу Physikalische Chemie - Peter W. Atkins - Страница 302

Bei der Diskussion von Helium bei tiefen Temperaturen muss man zwischen den Isotopen ³He und ⁴He unterscheiden. Das Phasendiagramm von ⁴ He ist in Abb. 4-11 dargestellt. Helium zeigt bei tiefen Temperaturen ein ungewöhnliches Verhalten, da seine Atome eine so kleine Masse besitzen und die geringe Zahl seiner Elektronen zu außergewöhnlich schwachen Wechselwirkungen zwischen ihnen führt. So existiert nirgends, auch bei sehr niedrigen Temperaturen nicht, ein Gleichgewicht zwischen fester und Gasphase: Die Heliumatome schwingen durch ihre geringe Masse mit so großer Amplitude, dass ein Festkörper nicht stabil wäre. Festes Helium kann man nur herstellen, indem man bei niedrigen Temperaturen einen Druck anlegt, der die Atome mit Gewalt zusammenhält. Aus Gründen, die sich nur quantenmechanisch verstehen lassen und die in Teil 2 des Buches klarer werden, verhalten sich die Isotope ³He und ⁴He unterschiedlich.

Reines ⁴He besitzt zwei flüssige Phasen. Eine von ihnen (im Diagramm mit He-I) bezeichnet) verhält sich wie eine gewöhnliche Flüssigkeit, die andere (He-II) ist ein Suprafluid (ihre Viskosität ist null).¹⁾ Abgesehen von deninAnwendung 5-2 vorgestellten Flüssigkristallen ist Helium der einzige Stoff mit einem Phasenübergang zwischen zwei flüssigen Phasen; in Abb. 4-11 ist die zugehörige Phasengrenze, die λ-Linie (Lambda-Linie), gekennzeichnet.

Das Phasendiagramm von ³He ist anders aufgebaut, aber auch von diesem Isotop kennt man eine suprafluide Phase. Eine weitere ungewöhnliche Eigenschaft ist, dass am Schmelzpunkt die Entropie der Flüssigkeit größer ist als die des Festkörpers und der Schmelzvorgang daher exotherm verläuft.