Fasändringar

Fasändringar är övergångar mellan olika faser av ett ämne som uppstår när yttre betingelser såsom temperatur, tryck eller sammansättning ändras. Sådana övergångar innebär ofta förändringar i materialets struktur, densitet och symmetri och kan förekomma i vätskor, fasta ämnen och plasman.

De två vanligaste klassificeringarna är första ordningens fasövergångar och andra ordningens (kontinuerliga) fasövergångar. Första ordningen kännetecknas av ett abrupt skifte i en ordningsparameter, fasosammanblandning vid gränsen och latent värme. Exempel: smältning, stelning och ångbildning. Andra ordningen saknar latent heat; ordningsparametern ändras kontinuerligt och vissa egenskaper som specifik värme eller magnetisk susceptibilitet kan divergera. Exempel: ferromagnetisk övergång vid Curie-temperaturen och vissa strukturella övergångar.

Termodynamiskt beskrivs fasändringar genom jämvikt mellan fasernas Gibbs fria energi. Gränsen mellan faser bestäms av lika fria energi. För första ordningens övergångar följer Clapeyrons ekvation dP/dT = ΔS/ΔV; för kontinuerliga övergångar ses ofta kritiska fenomen där ordningsparametrar förändras och kvantiteter som specifik värme och susceptibilitet divergerar. Landau-teori ger en förenklad, översiktlig bild av hur symmetri bryts vid övergången.

Kinetiken skiljer sig mellan typerna: första ordningens övergångar sker vanligtvis via nucleation och tillväxt och kan uppvisa hysteresis samt metastabila faser; kontinuerliga övergångar sker oftast utan tydlig hysteresis. Experimentellt observeras fasändringar som plötsliga eller kontinuerliga förändringar i densitet, magnetisering, elektrisk resistans eller kristallstruktur. Verktyg som röntgendiffraktion, kalorimetri och magnetiska mätningar används för att kartlägga fasdiagram och kritiska punkter.

Fasändringar är centrala inom materialvetenskap, geovetenskap och fysik. Kunskapen används bland annat i legeringsdesign, studier av jordens inre och forskning om supraledare och andra elektroniska faser.