Fasegrenzen

Fasegrenzen zijn lijnen in een fase-diagram langs welke twee fasen van een stof in thermodynamisch evenwicht bestaan. Op een dergelijke grens zijn de chemische potentiaal en de vrije energie van de twee fasen gelijk, waardoor er geen netto neiging tot transformatie is bij die specifieke druk en temperatuur. In een P-T diagram markeren deze grenzen de condities waaronder opeenvolgende fasen met elkaar in evenwicht kunnen bestaan.

De helling en vorm van een fasegrens worden beschreven door de Clapeyron-vergelijking. Voor een tweefasige grens geldt dP/dT = ΔS/ΔV = ΔH/(T·ΔV), waarbij ΔS het verandering in entropie bij de fase-transitie is, ΔV het verandering in molair volume en ΔH het fasel latent heat. Deze relatie toont hoe druk en temperatuur samen veranderen terwijl twee fasen naast elkaar blijven bestaan.

Veel voorkomende fasegrenzen zijn onder meer vast-vloeistof (smeltpunt), vloeistof-gas (verdampings- of condensatielijn) en vast-gas (subliemijnlijn). De grenzen vormen de randen van de regio’s waarin telkens één, twee of drie fasen gelijktijdig aanwezig kunnen zijn. Een driestatenpunt is het punt waar drie fasen tegelijk in evenwicht zijn; in water ligt dit bij ongeveer 0,01 graden Celsius en 611 pascal.

In multi-componentensystemen worden fasegrenzen complexer en kunnen ze meerdere regio’s verdelen. Fasegrenzen zijn essentieel in de materiaalkunde, chemische engineering en cryogenie, omdat zij bepalen welke fasen bij welke condities voorkomen en hoe systemen conversies ondergaan bij warmtewisselingen en drukvariaties.