Gleichgewichtsphasen

Gleichgewichtsphasen bezeichnet in der Thermodynamik die Phasen eines Systems, die bei gegebenem Druck und Temperatur miteinander im Gleichgewicht stehen. Jede Phase zeichnet sich durch einheitliche intensive Eigenschaften aus, und in den koexistierenden Phasen gleichen sich die chemischen Potenziale aller Bestandteile aus. Dadurch geht kein Netto-Massenfluss mehr zwischen den Phasen ein; Energie- und Stoffaustausch erfolgen nur so, dass die Gesamtzustände stabil bleiben.

In Phasendiagrammen zeigt man, wo Phasen koexistieren: Region mit einem einzigen Phasenbestand (z. B. reines Feststoff-, Flüssigkeits- oder Gasfeld) und Regionen, in denen mehrere Phasen gleichzeitig vorhanden sind (Zweiphasen- oder Mehrphasensysteme). Die Grenzen zwischen diesen Bereichen entsprechen Phasenübergängen wie Schmelzen, Gefrieren, Verdampfen oder Feststoff-Feststoff-Transformationen. Das Gibbssche Phasenregel beschreibt die Abhängigkeiten der Freiheitsgrade F von der Anzahl der Komponenten C und der Anzahl koexistierender Phasen P: F = C − P + 2.

Beispiele umfassen das Gleichgewicht zwischen Feststoff und Flüssigkeit in einem Schmelzpunkt, die Löslichkeit zweier Flüssigkeiten (mischbare oder nicht mischbare Phasen), sowie eutektische und peritektische Systeme, in denen mehrere Festphasen in bestimmter Zusammensetzung koexistieren. In mehrkomponentigen Systemen können mehrere Phasen gleichzeitig existieren, wobei die Phasenanteile durch das Lever-Gesetz bestimmt werden.

Gleichgewichtsphasen sind ein zentrales Konzept in Chemie, Materialwissenschaft und Verfahrenstechnik, während reale Systeme oft auch metastabile oder kinetisch beeinflusste Zustände zeigen.