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Zustandsdiagramme

Stabilität einer Stoffphase

Ein p , T -Diagramm zeigt an, welche Phasen des Systems bei gegebenen Werten von Druck und Temperatur stabil sind. Zu beachten ist der Unterschied zwischen Stabilität und tatsächlicher Existenz einer Phase.

  1. Wasser unter dem Kochpunkt verdunstet an der Trennfläche zur Lufthülle. Am Kochpunkt bilden sich dagegen Wasserdampfblasen in der Flüssigkeit, die zur Oberfläche aufsteigen und sich mit der Gasphase vereinen. Die Flüssigkeit verdampft. Bei reinem Wasser kann die Blasenbildung gehemmt sein. In diesem Fall überhitzt sich das Wasser nach Erreichen des Kochpunktes bei weiterer Wärmezufuhr. Die Wassertemperatur kann so weit steigen, dass bei der dann irgendwann schlagartig einsetzenden Verdampfung erhebliche Mengen von Flüssigkeit mitgerissen werden. Schwere Haut- oder sogar Augenverletzungen des Experimentators können die Folge sein (Schutzbrillenpflicht!). Abhilfe bringen Verdampfungskeime. Sie liefert ein kleines Stück porösen Gesteins (Siedesteinchen), das auf den Boden des Destillationskolben verbracht wird. An seiner Oberfläche findet dann eine Blasenbildung statt. Geschieht die Destillation in einer geschlossenen Apparatur unter vermindertem Druck (Vakuumdestillation), wird mittels einer extrem feinen Glaskapillare von außen Gas angesaugt (Luft oder reiner Stickstoff aus einem Ballon), das in Form kleinster Blasen durch die Siedeflüssigkeit perlt und die kontrollierte Verdampfung sicherstellt.
  2. Reines Wasser kann unter 0   °C abgekühlt werden, ohne zu erstarren. Rührt man es oder wirft einen Krümel Kochsalz hinein, wandelt es sich spontan in Eis um.
  3. Unterkühlter Wasserdampf in großen Höhen erstarrt zu kleinen Kristallen durch die Abgase der Düsenflugzeuge (Kondensstreifen).
  4. Diamant existiert bekanntlich - zur Freude der Menschen - unter Bedingungen, bei denen eigentlich nur Graphit die stabile Modifikation ist.

In den Fällen 1 - 3 spricht man von instabilen Phasen. Der jeweilige Phasenübergang erfolgt ohne Keime spontan und in wenig kontrollierbarer Weise. Beim Diamant ist die Situation anders. Hier beruht die Umwandlung zum Graphit auf einer Umorientierung der chemischen Bindungen zwischen den Kohlenstoff-Atomen. Bei der Umwandlung ist eine Energiebarriere zu überwinden, vergleichbar einer Kugel in einer mehr oder weniger tiefen Mulde in einem Bergabhang. Erst wenn die Kugel angestoßen wird, so dass sie den Muldenrand erreicht, kann sie zu Tal rollen. In diesen Fällen liegen metastabile Phasen vor.

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