Phasenwechsel

Phasenwechsel bezeichnet den Übergang eines Systems zwischen verschiedenen Phasen der Materie, insbesondere zwischen fest, flüssig und gasförmig. Er kann auch innerhalb einer Phase auftreten, etwa beim Wechsel der Kristallstruktur oder magnetischer Ordnung. Phasenwechsel werden durch Änderungen von Temperatur, Druck oder chemischer Zusammensetzung hervorgerufen und beruhen auf Veränderungen der Enthalpie und der Ordnung des Materials.

Zu den klassischen Phasenwechseln gehören Schmelzen und Erstarren, Verdampfen und Kondensation sowie Sublimation und Deposition. Ein Phasenwechsel erster Ordnung wird durch eine sprunghafte Änderung der Enthalpie begleitet, verbunden mit Latentwärme. Ein Phasenwechsel zweiter Ordnung verändert sich die Struktur dagegen kontinuierlich, und oft divergieren Größen wie die Wärmekapazität, ohne dass Latentwärme freigesetzt wird.

Phasengrenzen werden in Phasendiagrammen als Funktion von Temperatur und Druck dargestellt. Zu den zentralen Begriffen gehören der Tripelpunkt, an dem drei Phasen gleichzeitig existieren, und der kritische Punkt, an dem sich Flüssigkeit und Gas ununterscheidbar werden. Der Verlauf eines Phasenwechsels kann durch Impuritäten, Stress oder äußere Felder beeinflusst werden und erfolgt oft durch Nukleation und Kristallwachstum, wobei metastabile Zustände auftreten können.

Anwendungen finden sich in der Technik und Materialwissenschaft: Kühlung und Heizung durch Verdampfungs- und Kondensationsprozesse, Veränderungen von Festigkeit und Härte durch Phasenübergänge in Metallen, sowie geologische Prozesse im Erdinneren. Als alltägliches Beispiel dient Wasser, das bei 0 °C gefriert bzw. bei 100 °C siedet (unter Normaldruck).