Gemischbildung

Gemischbildung bezeichnet den Prozess, bei dem zwei oder mehr Substanzen zu einer Mischsubstanz zusammenwirken, die kein festes stöchiometrisches Verhältnis besitzt. Mischungen können Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe umfassen und weisen oft andere physikalische Eigenschaften als die Reinstoffe auf.

Man unterscheidet zwischen homogenen Mischungen (Lösungen), in denen sich die Bestandteile auf mikroskopischer Ebene gleichmäßig verteilen, und heterogenen Mischungen (Suspensionen, Emulsionen, Legierungen), in denen Phasen sichtbar bleiben.

Bei Flüssigkeiten spricht man von Mischbarkeit bzw. Lösbarkeit: Zwei Flüssigkeiten sind miscibel, wenn sie eine durchgehende Lösung bilden; sind sie nicht miscibel, bilden sie zwei Phasen. Die Löslichkeit von Feststoffen in Lösungen hängt von Temperatur und Druck ab und besitzt oft eine Sättigungslinie.

Thermodisch beschreibt die Gemischbildung die Änderung der freien Enthalpie ΔG_mix. Für ideale Lösungen gilt ΔG_mix = ΔH_mix − TΔS_mix, mit ΔH_mix ≈ 0 und ΔS_mix > 0, wodurch sich das System in der Regel spontan mischt. Abweichungen von der Idealisierung werden durch nicht ideale Lösungen beschrieben (Raoult'sches und Henrys Gesetz).

Anwendungen finden sich in der Lösungs- und Trenntechnik, der Kristallisation, der Extraktion sowie in der Entwicklung von Legierungen. Phase-Diagramme, Löslichkeitskurven und Messgrößen wie Grenzlöslichkeiten helfen bei der Planung von Mischungen.

Beispiele: Wasser und Ethanol mischen sich vollständig; Öl und Wasser trennen sich; Metalllegierungen bilden feste Lösungen mit variablem Gehalt.