Volumenverschiebungen

Volumenverschiebungen bezeichnen Veränderungen der Verteilung des Volumens in mehrphasigen oder mehrkomponentigen Systemen, die durch äußere Einflüsse wie Temperatur, Druck oder chemische Reaktionen hervorgerufen werden. Der Begriff hängt eng mit dem Konzept der partiellen Molvolumina zusammen: Das Gesamtvolumen V eines Systems ergibt sich aus der Summe der Stoffmengen n_i multipliziert mit dem jeweiligen partiellen Molvolumen V_i^bar. Änderungen der Zusammensetzung führen daher zu Verschiebungen im Volumenanteil der Komponenten.

In Lösungssystemen kann das Volumen durch unterschiedliche partielle Molvolumina der Komponenten beeinflusst werden. Die Volumenänderung beim Mischen wird oft durch das gemischte molare Volumen und das Exzessmolvolumen V^E_m beschrieben. Positive oder negative Werte von V^E_m zeigen, ob das Gemisch mehr oder weniger Raum einnimmt als eine ideale Additivsumme. Praktische Messwerte ergeben sich aus Dichte- oder Dilatometriemessungen sowie aus thermodynamischen Modellen.

Auch in Festkörpern treten Volumenverschiebungen auf, zum Beispiel durch Diffusion kleiner Atome in ein Kristallgitter (Interstitielle) oder durch Phasenumwandlungen, bei denen Gitterparameter variieren. Solche Verschiebungen verursachen mechanische Spannungen, Mikroverformungen oder Änderungen der Porenstruktur und können die MaterialEigenschaften beeinflussen.

Mess- und Modellierungsmethoden umfassen Dilatometrie, Dichtemessungen und bildgebende Verfahren (z. B. Röntgen- oder Neutronenstreuung). Theoretisch werden Volumenverschiebungen mithilfe der Gleichung V = sum_i n_i V_i^bar, sowie Modelle für das Exzessvolumen wie das Redlich-Kister-System beschrieben. Relevanz besteht in Chemie, Polymer- und Materialwissenschaft, Batterietechnik und Geowissenschaften.