Benutzer:Espresso robusta/Mischphase

Unter einer Mischphase versteht man in der Thermodynamik eine homogene Phase, welche aus zwei oder mehr Stoffen besteht. Gasförmige Mischphasen werden meist als Gasmischung, flüssige Mischphasen als Lösungen und feste Mischphasen als feste Lösungen oder Mischkristalle bezeichnet.

Die Anteile der einzelnen Komponenten einer Mischphase können mit Hilfe des Stoffmengenanteils x als partielle Größen angegeben werden. Das Temperatur- und Druckverhalten von Mischphasen wird daher in T-p-x-Phasendiagrammen dargestellt. Diese Diagramme sind bei mehreren Stoffen mehrdimensional und werden dann häufig vereinfacht dargestellt, z. B. bei ternären Systemen als Dreiecksdiagramm.

Ändern sich die thermodynamischen Bedingungen des Systems in einer Weise, dass die Mischphase in eine Mischungslücke innerhalb des Phasendiagramms eintritt, so kommt es zu einer Entmischung, wobei diese vor allem bei Mineralen auch einen metastabilen Zustand zur Folge haben kann.

Gibbs-Duhem-Gleichung.

Raoultsches Gesetz

Partielle molare Größen

Henry-Gesetz

Thermodynamische Grundlagen

Das chemische Potential $\mu _{i}(p,T)$ einer Komponente $i$ in einer idealen gasförmigen Mischphase mit dem Druck $p$ und der Temperatur $T$ ist gleich dem chemischen Potential $\mu _{i}^{*}$ des Reinstoffes $i$ bei der Temperatur $T$ und bei einem Druck, der dem Partialdruck $p_{i}$ der Komponente $i$ in der Mischphase entspricht:

$\mu _{i}(p,T)=\mu _{i}^{*}(p_{i},T)$

Für das chemische Potential $\mu _{i}^{*}$ des Reinstoffes $i$ hängt wie folgt vom Druck $p$ der gasförmigen Mischphase ab:

$\mu _{i}^{*}(p,T)=\mu _{i}^{*}(p,T)$

Standardzustände in der Mischphasenthermodynamik

Das chemische Potential wird, ähnlich wie die thermodynamischen Bildungsgrößen und die potentielle Energie, auf einer Intervallskala abgebildet – also auf einer Skala, in der die Abstände zwischen Messwerten bestimmbar sind, aber kein natürlicher Nullpunkt existiert. Die Skalierung des chemischen Potentials $\mu _{i}(a_{i})$ einer Komponente $i$ des Reaktionsgemisches erfolgt für die Aktivität $a_{i}$ der Komponente $i$ als Variable. Als Bezugspunkt fungiert das chemische Potential $\mu _{i}^{\circ }$ der reinen Komponente $i$ im gleichen Aggregatszustand sowie bei gleichem Druck und gleicher Temperatur Komponente $i$ wie in der Mischphase. Für $\mu _{i}(a_{i})$ gilt:

$\mu _{i}(a_{i})=\mu _{i}^{\circ }+R\cdot T\cdot \ln a_{i}$

Im IUPAC-Greenbook werden beide Referenzzustände 1) und 2) zusammengefasst, da Referenzzustand 1) für $\mu _{i}^{\circ }$ naturgemäß Referenzzustand 2) mit umfasst. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass $\mu _{i}^{\circ }(p,T)$ als Referenzpunkt der $\mu _{i}(x_{i})$-Intervallskala seinerseits auf einer $\mu _{i}^{\circ }(p,T)$-Intervallskala abgebildet ist, die ihrerseits als tabellierten Referenzpunkt $\mu _{i}^{\Theta }(p,T)$, also einen für den Standardzustand $\Theta$ tabellierten Wert $\mu _{i}^{\circ }(p,T)$ als Referenzpunkt enthält. Diese Sachverhalte werden im IUPAC-Greenbook leider in didaktischer Hinsicht etwas unglücklich und teilweise in Fußnoten dargestellt. Im Sinne der IUPAC ist es jedoch okay, im Artikel „Massenwirkungsgesetz“ das Symbol ($\circ$) für Referenzzustände 1) und 2) zu verwenden.

3) Beziehung zu Standardbedingungen

Der unter 1) beschriebene Referenzzustand für $\mu _{i}^{\circ }$ sowie der unter 2) beschriebene Referenzzustand für die Beschreibung der Einstellung des chemischen Gleichgewichts haben nichts mit „Standardbedingungen“ (z. B. 25$^{\circ }$C und 1013 hPa etc.) zu tun. Die für die Referenzzustände 1) und 2) zugrunde zu legenden Werte für die Zustandsgrößen Druck, Temperatur und Volumen sind schlicht und ergreifend der Druck, die Temperatur und das Volumen, bei welchen die betrachtete Reaktion stattfindet. Ob eine Tabellierung von Gleichgewichtskonstanten unter Standardbedingungen sinnvoll ist, sei dahingestellt, aber natürlich müssen zu einem Wert der Gleichgewichtskonstante immer die Reaktionsbedingungen angegeben werden - sonst könnten wir uns das Kapitel über die Druck- und Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstante sparen. Diesbezüglich ist das IUPAC-Greenbook leider auch verwirrend, da begrifflich nicht zwischen Referenzzustand und Standardzustand unterschieden wird. Gemeint ist jedoch ein Referenzzustand im Sinne von 1) und 2), nicht jedoch ein Zustand unter irgendwelchen Standardbedingungen ohne Bezug zum betrachteten Reaktionsszenario. Ein vom Referenzzustand ($\circ$) zu unterscheidender  Standardzustand $\Theta$ wird jedoch benötigt, um die Maßzahlen für $\mu _{i}^{\circ }(p,T)$ zu definieren.

Phasenübergängen in Mischphasen

PhasenübergängenVerdampfen und Kondensation Liquid–Vapor Pressure–Composition Phase Diagram (Mortimer)

Eutektika

Einzelnachweise

Kategorie:Thermodynamik