„Spinodale“ – Versionsunterschied
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Spinodalen treten auf, wenn der Zustandsraum eines thermodynamischen Systems ein von einer [[Binodale|Binodalen]] umschlossenes Koexistenzgebiet enthält, innerhalb dessen im Gleichgewicht koexistierende Phasen stabil sind und außerhalb dessen im Gleichgewicht eine homogene Phase stabil ist. Die Binodale trennt dabei die innerhalb und außerhalb des Koexistenzgebietes liegenden Zustände. Die Spinodale liegt innerhalb des von der Binodalen umfassten Koxistenzgebietes und berührt die Binodale an den [[Kritischer Punkt (Thermodynamik)|kritischen Punkten]]. Wird die [[Gibbs-Energie]] <math>G</math> des thermodynamischen Systems bei einem bestimmten [[Druck (Physik)|Druck]] <math>p</math> und einer bestimmten [[Temperatur]] <math>T</math> innerhalb des Koexistenzgebietes als [[Funktion (Mathematik)|Funktion]] einer [[Zustandsgröße]] <math>X</math> aufgetragen, in der sich die koexistierenden Phasen unterscheiden, durchläuft die Spinodale die Wendepunkte der so erhaltenen Kurve <math>G(X)</math>.<ref>{{Literatur |Autor=Bruno Predel, Michael Hoch, Monte Pool |Titel=Phase Diagrams and Heterogeneous Equilibria: a Practical Introduction |Verlag=Springer-Verlag |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum=2004 |ISBN=978-3-662-09276-7}}</ref> |
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== Bedeutung für Phasenübergänge == |
== Bedeutung für Phasenübergänge == |
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Version vom 16. April 2023, 19:07 Uhr
Als Spinodale wird in der Thermodynamik eine Kurve im Zustandsraum eines beispielsweise aus einem Reinstoff oder einem Gemisch bestehenden thermodynamischen Systems bezeichnet, innerhalb derer Zustände, in denen das thermodynamische System nur in Form einer einzigen homogenen Phase vorliegt, instabil sind.[1]
Lage im Zustandsraum
Spinodalen treten auf, wenn der Zustandsraum eines thermodynamischen Systems ein von einer Binodalen umschlossenes Koexistenzgebiet enthält, innerhalb dessen im Gleichgewicht koexistierende Phasen stabil sind und außerhalb dessen im Gleichgewicht eine homogene Phase stabil ist. Die Binodale trennt dabei die innerhalb und außerhalb des Koexistenzgebietes liegenden Zustände. Die Spinodale liegt innerhalb des von der Binodalen umfassten Koxistenzgebietes und berührt die Binodale an den kritischen Punkten. Wird die Gibbs-Energie des thermodynamischen Systems bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur innerhalb des Koexistenzgebietes als Funktion einer Zustandsgröße aufgetragen, in der sich die koexistierenden Phasen unterscheiden, durchläuft die Spinodale die Wendepunkte der so erhaltenen Kurve .[2]
Bedeutung für Phasenübergänge
Wird das System durch eine Zustandsänderung von einem Zustand, in dem es als homogene Phase stabil ist, in einen Zustand im von Binodaler und Spinodaler umschlossenen Bereich überführt, ist die ursprünglich stabile homogene Phase metastabil; die Bildung der stabilen koexistierenden Phasen verläuft über einen Nukleationsmechanismus und erfordert die Überwindung einer Aktivierungsbarriere. Wird ein thermodynamisches System durch eine Zustandsänderung aus einem Zustand, in dem es in Form einer einzigen homogenen Phase stabil ist, in den von der Spinodalen umschlossenen Bereich des Koexistenzgebietes überführt, wird es gegen alle Fluktuationen seiner Dichte, seiner Zusammensetzung oder anderer Ordnungsparameter instabil. Als Folge wachsen die Amplituden der Fluktuationen, während gleichzeitig deren Wellenlänge zunimmt. Damit durchläuft das System spontan einen Phasenübergang, der zur Bildung koexistierender Phasen führt. Wird eine homogene Mischphase auf diese Art in koexistierende Phasen verschiedener Zusammensetzungen überführt, spricht man von spinodaler Entmischung.[3][4]
Siehe auch
Einzelnachweise
- ↑ J. B. Clarke, J. W. Hastie, L. H. E. Kihlborg, R. Metselaar und M. M. Thackeray: Definitions of terms relating to phase transitions of the solid state (IUPAC Recommendations 1994). In: Pure and Applied Chemistry. Band 66, Nr. 3, 1994, S. 577–594, doi:10.1351/pac199466030577.
- ↑ Bruno Predel, Michael Hoch, Monte Pool: Phase Diagrams and Heterogeneous Equilibria: a Practical Introduction. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 2004, ISBN 978-3-662-09276-7.
- ↑ J. W. Cahn: On spinodal decomposition. In: Acta Metallurgica. Band 9, Nr. 9, 1961, S. 795–801, doi:10.1016/0001-6160(61)90182-1.
- ↑ J. W. Cahn: Phase Separation by Spinodal Decomposition in Isotropic Systems. In: Journal of Chemical Physics. Band 42, Nr. 1, 1965, S. 93–99, doi:10.1063/1.1695731.