DreikomponentenSysteme

DreikomponentenSysteme bezeichnen chemische Systeme, die aus drei unabhängig miteinander mischbaren oder reagierenden Komponenten bestehen. Sie treten in der Physikalischen Chemie und im Chemical Engineering häufig auf, etwa bei der Analyse von Phasenverhalten, der separativen Auslegung von Destillations- oder Extraktionsprozessen oder bei der Kristallisation mehrkomponentiger Gemische.

Bei konstanter Temperatur und Druck lässt sich das Phasengefüge eines Dreikomponenten-Systems graphisch durch ein Dreiecksdiagramm (Gibbs-Triangle) darstellen. Die Eckpunkte entsprechen jeweils 100 Prozent einer der drei Komponenten. Jeder Punkt im Dreieck repräsentiert eine bestimmte Zusammensetzung der drei Stoffe. Koexistierende Phasen bilden typischerweise Tie-Lines (Verbindungsgeraden zwischen den Zusammensetzungen der Phasen); der Lever-Rule erlaubt die Berechnung der Phasenanteile aus dem Gesamtnachweis.

Das Phasenverhalten kann ideal oder nicht ideal sein. In idealen Lösungen folgen Aktivität und Konzentration einem einfachen Massenanteilsmuster, während nicht ideale Systeme mit Aktivitätskoeffizienten beschrieben werden müssen (z. B. mit NRTL- oder UNIQUAC-Modellen). In ternären Systemen treten häufig zwei flüssige Phasen auf (Liquid–Liquid-Phasenbleichung) und in bestimmten Gebieten auch drei Phasen im Gleichgewicht; die Grenzflächen werden durch Binodal- bzw. Tertiärflächen begrenzt.

Anwendungen erstrecken sich von der Auslegung von Destillations- und Extraktionsprozessen bis zur Bestimmung von azeotropen Verbindungen und der Reihenuntersuchung von Lösungsmitteln in der Polymer- und Lebensmittellabore. Experimentell werden ternäre Gleichgewichte durch Messungen von VLE, LLPE oder systematischen Phasen-Diagrammen erkundet.