fasetransitie

Een fasetransitie is het proces waarbij een systeem of stof overgaat van de ene fase naar de andere, bijvoorbeeld van vast naar vloeibaar of van vloeibaar naar gas. Deze overgangen worden vaak aangestuurd door veranderingen van gecontroleerde parameters zoals temperatuur, druk of samenstelling. Fasetransities komen voor in veel natuur- en materiaalwetenschappelijke systemen en kunnen zowel onder langzame als onder snelle verandering plaatsvinden.

Er bestaan verschillende typen fasetransities. Een eerste-orde fasetransitie wordt gekenmerkt door een plotselinge verandering van een ordeparameter en vaak door de afgifte of opname van latente warmte en soms ook door een abrupte volumeverandering. Een tweede-orde (continue) fasetransitie gaat gepaard met een geleidelijke verandering van de ordeparameter en zonder latente warmte; in dit geval vertonen systemen kritische eigenschappen zoals een divergente susceptibiliteit en toenemende correlatielengten bij de overgang.

Fasetransities worden vaak weergegeven in fasendiagrammen waarin temperatuur, druk en samenstelling de assen vormen. De grenslijnen markeren waar twee fasen in evenwicht zijn. Kruispunten zoals het tripelpunt en het kritisch punt geven specifieke omstandigheden van overgang weer. In veel systemen spelen kinetische factoren een rol, waardoor non-equilibrium fasetransities mogelijk zijn.

Voorbeelden zijn de overgang van ijs naar water en water naar stoom bij standaarddruk; koolstofdioxide kan bij hoge druk bestaan als solide, vloeistof en gas; in magnetische materialen verdwijnt de magnetisatie bij het Curiepunt; in kwantumsystemen kunnen fasetransities optreden bij zeer lage temperaturen als gevolg van quantumfluctuaties (quantumfaseovergangen).

Fasetransities zijn centraal in de natuurkunde en materiaalwetenschappen omdat ze processen zoals kristallisatie, smelten en metallisatie verklaren. Ze spelen ook een rol in kosmologie bij vroege-fases in het heelal en in theorieën over fundamentele interacties die gepaard gaan met fasetransities onder extreme omstandigheden.