faseseparatie

Faseseparatie is het proces waarbij een homogeen mengsel zich splitst in twee of meer aparte fasen met verschillende fysische eigenschappen, zoals samenstelling, dichtheid of oplosbaarheid. De scheiding wordt gedreven door thermodynamische onstabilliteit: de vrije energie van het gemengde systeem kan worden verlaagd door het vormen van gescheiden fasen. Faseseparatie komt voor in vloeistoffen, in vaste stoffen en in gas-vloeistof systemen en speelt een belangrijke rol in industriële processen, biologie en materialenonderzoek.

Een fase-diagram geeft aan onder welke omstandigheden een stof één of meerdere fasen bevat. In een binodale regio ligt een tweefasige toestand vast; de scheiding kan via spinodal decomposition of via nucleatie en groei verlopen. Spinodal decomposition treedt op wanneer de samenstelling in de onstabiele regio ligt en kleine fluctuaties in samenstelling onmiddellijk uitgroeien, terwijl bij nucleatie en groei eerst een kritische kern ontstaat en vervolgens uitgroeit tot een tweede fase.

Factoren die faseseparatie beïnvloeden zijn temperatuur, druk, totale samenstelling en de aard van de interacties tussen componenten (bijv. polaire versus apolaire krachten, waterstofbruggen). Voorbeelden zijn olie en water, die geen mengsel vormen, en polymeren die onder bepaalde omstandigheden in twee fasen kunnen scheiden. In biologie speelt faseseparatie ook een rol bij de organisatie van membranen en de vorming van cellulaire compartimenten.

Toepassingen en belang: faseseparatie is cruciaal in raffinage, waterzuivering en de productie van emulsies en geneesmiddelen. In fundamenteel onderzoek helpt het begrip bij het ontwerpen van materialen en bij het bestuderen van cellulaire organisatie, waar membraan-domeinen en andere georganiseerde regio’s zich kunnen vormen. De analyse van faseseparatie maakt gebruik van fase-diagrammen en experimentele technieken zoals microscopie en lichtstrooiing.