faseovergang

Faseovergang is het proces waarbij een stof overgaat van de ene toestand naar de andere doordat de omgevingscondities veranderen, meestal temperatuur en druk. In de gewone beschouwing gaat het om de drie klassieke toestanden: vast, vloeibaar en gas. Daarnaast bestaan er meerdere kristalvormen (polymorfe fasen), en onder extreme condities ook plasmatoestanden of superkritische vloeistoffen.

Overgangen kunnen verschillende kenmerken hebben. Bij een eerste orde faseovergang ervaren de stofwaarden zoals volume en entropie een plotselinge wijziging en vindt latent warmte-uitwisseling plaats (bijvoorbeeld ijs smelten, water koken bij constante druk). Bij een tweede orde (continue) transitie is er geen latente warmte en ontstaan discontinuïteiten in afgeleiden van de vrije energie, zoals bij de Curie-temp voor sommige magneten. Mechanismen omvatten nucleatie en groei of spinodale ontbinding. Thermodynamisch wordt de overgang beschreven in vergelijking van Gibbs vrije energie en de orderparameter (bijvoorbeeld dichtheid of magnetisatie).

Bekende voorbeelden zijn waterfaseovergangen en het bijbehorende druppelpunt, driespunt en kritieke punt: voor water ligt het driespunt bij ongeveer 0,01°C en 611,657 Pa; het kritieke punt bij circa 374°C en 22,064 MPa. In materialenwetenschap is polymorfie wijdverbreid: dezelfde stof kan bij verschillende condities verschillende kristallijnen structuren hebben, met verschillende fysische eigenschappen.

Daarnaast zijn er quantumfaseovergangen bij vrijwel nul temperatuur, gedreven door quantumfluctuaties en parameters zoals druk of magnetisch veld; deze raken aan onderwerpen als superconducie en magnetisme. Phase transitions zijn van fundamenteel belang in geologie, meteorologie en materialenengineering.