EinKomponentenSysteme

EinKomponentenSysteme bezeichnen in der Thermodynamik und Materialwissenschaft Systeme, die aus genau einer chemischen Substanz bestehen. In solchen Systemen können verschiedene Aggregatzustände derselben Substanz im Gleichgewicht stehen, etwa fest, flüssig und gasförmig, oder unterschiedliche Festformen (Polymorphie) auftreten. Im Gegensatz zu Mehrkomponenten-Systemen enthalten einKomponentenSysteme nur eine reale Spezies.

Das Phasenverhalten lässt sich im Phasendiagramm darstellen. Typische Merkmale sind Schmelzlinie, Sublimationslinie und Grenzlinien zwischen festen, flüssigen und gasförmigen Phasen. Am Tripelpunkt existieren drei Phasen gleichzeitig im Gleichgewicht; am kritischen Punkt verschwindet der Unterschied zwischen Flüssigkeit und Gas. Nach der Gibbs-Phasenregel F = C - P + 2 gilt hier C = 1; bei P = 3 ergibt sich F = 0, das System hat dann bei gegebenem Druck und Temperatur keinen Spielraum mehr.

Beispiele: Wasser zeigt klassisch das Drei-Phasen-Gleichgewicht (fest–flüssig–gas) bei bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen; Kohlendioxid kann unter Druck direkt vom Gas zum Feststoff übergehen (Sublimation). Eis zeigt bei temperaturabhängigen festen Phasen Übergänge; bei entsprechendem Druck auch Schmelzen. Diese Beispiele illustrieren, dass Phasenübergänge in einKomponentenSystemen rein temperatur- oder druckabhängig sind.

Abgrenzung zu Mehrkomponenten-Systemen: Bei Mehrkomponenten-Systemen hängt der Zustand zusätzlich von der Zusammensetzung ab; es entstehen Phasengrenzen mit komplexen Kurven im mehrkomponentigen Phasendiagramm. In einem einKomponentenSystem reichen T und P, um den Phasenstatus eindeutig festzulegen.

Anwendungen: Das Konzept dient der Grundlagenlehre der Thermodynamik, der Materialwissenschaft und der Prozessführung. Es bildet die Basis zum Verständnis von Schmelzen, Sublimation und Gleichgewichten reineren Substanzen und dient als Referenzrahmen für die Analyse komplexerer Mischsysteme.