Phasenänderung

Phasenänderung, auch Phasenübergang genannt, bezeichnet den Übergang eines Systems von einer Phase in eine andere. Typische Beispiele sind fest zu flüssig (Schmelzen), flüssig zu gasförmig (Sieden) oder fest zu gasförmig (Sublimation). Phasenänderungen ergeben sich aus Änderungen externer Zustandsgrößen wie Temperatur, Druck oder chemischer Zusammensetzung. In vielen Systemen treten Übergänge koexistierend auf, wenn zwei Phasen gleichzeitig vorhanden sind.

Man unterscheidet grundlegend erstordnende Phasenänderungen und Zweitordnende. Erstordnende Übergänge (Schmelzen, Kondensation, Sublimation) zeichnen sich durch einen Sprung in physikalischen Größen wie Dichte oder Enthalpie aus und erfordern die Abgabe oder Aufnahme latenter Wärme. Zweitordnende Übergänge (z. B. der ferromagnetische Phasenänderungspunkt Curie-Temperatur) verlaufen kontinuierlich in der Ordnung, während Ableitungen der freien Energie (etwa die spezifische Wärme) divergieren oder sich sprunghaft ändern, ohne dass eine Diskontinuität in der Dichte besteht.

Beispiele umfassen Wasser bei Normaldruck (Festwerden bei 0 °C, Siedepunkt bei 100 °C), Sublimation von Trockeneis sowie magnetische Phasenänderungen in Eisen beim Curie-Punkt. Auch Kristallisationsprozesse aus der Schmelze oder Lösungen gehören dazu; sie spielen eine zentrale Rolle in der Material‑ und Chemiebranche.

Phasenänderungen werden in Phasendiagrammen veranschaulicht, in denen Druck und Temperatur als Achsen dargestellt werden. Neben der Koexistenz zweier Phasen finden sich Grenzlinien, kritische Punkte und Regionen, in denen Materialeigenschaften stark reagieren. Das Verständnis von Phasenänderungen ist grundlegend in Wissenschaft und Technik, etwa bei der Metallurgie, der Kristallisation, der Kühlung, Kondensation und bei der Entwicklung neuer Materialien.