faasinmuutoksia

Faasinmuutokset ovat fysikaalisia muutoksia, joissa aine siirtyy yhdestä tilasta toiseen tai muuttaa rakennettaan. Yleisimpiä esimerkkejä ovat kiinteän aineen sulaminen nesteeksi, nesteen höyrystyminen kaasuksi sekä kiinteästä aineesta kaasuun siirtyminen sublimaation kautta. Aineet voivat myös muuttua rakennettaan toisenlaiseksi faasiksi samalla koostumuksella, mikä tunnetaan polymorfiana.

Faasimuutokset jaotellaan usein ensiksi asteen ja toisen asteen muutoksiin. Ensimmäisen asteen muutoksissa on latenttilämpöä; faasinmuutos vaatii energiaa, ja tilavuus- tai tiheysmuutokset ovat tavallisesti suuria. Esimerkkejä ovat jään sulaminen, veden höyrystyminen ja sublimaatio. Toisen asteen muutoksissa latenttilämpöä ei tarvita; ominaisuudet muuttuvat jatkuvasti, ja muutos voi kiihtyä lähellä kriittisiä pisteitä tai symmetriamuutoksia.

Faasimuutokset riippuvat paineesta ja lämpötilasta. Faasidiagrammissa näkyy, milloin kukin faasi on termodynaamisesti vakaana. Clapeyronin yhtälö, dP/dT = ΔS/ΔV, kuvaa, miten paineen ja lämpötilan muutokset määrittävät faasinrajat. Kriittiset pisteet kuvaavat olosuhteita, joissa muutos muuttuu epäjatkoksi ja systeemin käyttäytyminen voi olla erittäin herkkää.

Esimerkkejä käytännössä ovat veden faasidiagrammi jää-, vesi- ja vesihöyry -kolmion välillä; hiili, joka muuttuu grafiitista timantiksi korkeassa paineessa; sekä monien muiden aineiden polymorfiset siirtymät. Faasinmuutosten ymmärrys on keskeistä materialleiden tutkimuksessa, geologiassa sekä teollisessa prosessinhallinnassa.