Techniklexikon

Phasengrenze

Thermodynamik und statistische Physik, die Oberfläche zwischen einem kondensierten, d.h. flüssigen oder festen Stoff und einer Gasphase. Physikalische Eigenschaften wie Dichte, Kompressibilität und Brechungsindex ändern sich an der Phasengrenze oftmals sprunghaft.

Phasengrenzen sind nicht nur die sichtbaren äusseren Grenzflächen von Flüssigkeiten und festen Stoffen. Mitunter sind im Systeminneren ausgedehnte Phasengrenzen vorhanden (z.B. poröse Festkörper). Lokal erstrecken sich Phasengrenzen über mehrere Atom- oder Moleküldurchmesser.

Zur thermodynamischen Beschreibung an der Phasengrenze führt man zweckmässigerweise eine dritte Phase, die Grenzflächenphase ein. Mit ihr kann jede extensive Eigenschaft des Gesamtsystems additiv aus den betreffenden Eigenschaften der als grenzflächenlos angesehenen Nachbarphasen  und  und der zweidimensionalen Grenzflächenphase  dargestellt werden. Die so definierten Zustandsgrössen heissen gesamte Grenzflächenenergie , Grenzflächenenthalpie , Grenzflächenentropie , freie Grenzflächenenergie und freie Grenzflächenenthalpie .

Für die Grenzflächenphase entfällt, da sie laut Definition kein Volumen einnimmt, die partielle Abhängigkeit vom Druck . Dafür muss die Abhängigkeit von der zweidimensionalen Ausdehnung  berücksichtigt werden. Damit ergibt sich für das Gleichgewicht  die Gibbssche Fundamentalgleichung für die Grenzflächenphase:

(: chemisches Potential, : Stoffmenge der Komponente i in der Grenzflächenphase). Mit ,  und  gilt dann für das Gesamtsystem

Der partielle Differentialquotient

 

wird als spezifische freie Grenzflächenenthalpie bezeichnet. Er gibt die Änderung der freien Enthalpie des Gesamtsystems bei Änderung der Grenzflächenausdehnung um die Flächeneinheit an, wenn dabei der Druck, die Temperatur und die stoffliche Zusammensetzung unverändert bleiben.