Q & A: Was passiert bei einem Tripelpunkt?

Das ist eine gute Frage. Die allgemeine Regel ist, dass bei fester Temperatur und festem Druck das Material in einer Form endet, die ihm die niedrigste freie Energie, „G“, gibt. Am Tripelpunkt haben die Flüssigkeit, der Feststoff und das Gas das gleiche G pro Molekül. Das macht die Frage ein wenig knifflig.

Selbst an einem gewöhnlichen Zweiphasen-Übergangspunkt ist es eine Art Zufall der Vorgeschichte, wie viel thermische Energie (oder genauer gesagt, Enthalpie) zufällig im Material ist, und das bestimmt den Anteil der Moleküle in jeder der beiden Phasen. In Anbetracht dieses historisch bestimmten Anteils kann es irgendeinen leichten externen Effekt geben, der festlegt, welcher Teil sich wo befindet. Bei Wasser auf der Erde sorgt zum Beispiel die Schwerkraft dafür, dass der feste Teil oben landet, weil er etwas weniger dicht ist. Wenn alle anderen Dinge gleich sind, kann die gesamte freie Energie jedoch leicht gesenkt werden, wenn das gesamte Material nur aus der einen oder der anderen Phase besteht. Das liegt daran, dass es an der Oberfläche eine zusätzliche freie Energie gibt, die auch die Oberflächenspannung verursacht.

Wenn das Material also irgendwie in die eine oder andere Phase übergeht, bleibt es so, solange es sich am Phasenübergangspunkt befindet.

Während der Zeit, in der mehr als eine Phase vorhanden ist, können einzelne Moleküle die Flüssigkeit verlassen und in den Festkörper übergehen und umgekehrt. Das Gleichgewicht zwischen ihnen wird nur als eine Art statistischer Durchschnitt der Fluktuationen dieser einzelnen Moleküle aufrechterhalten.

Der Tripelpunkt ist komplizierter, denn selbst wenn man z. B. festgelegt hat, dass die Enthalpie nur der Wert ist, den die Flüssigkeit haben würde, könnte man den gleichen Wert erhalten, indem man einige in den Festkörper (niedrigere Enthalpie) und einige in das Gas (höhere Enthalpie) umwandelt. Wir haben jedoch immer noch die allgemeine Regel, dass es etwas G kostet, eine Oberfläche zwischen zwei verschiedenen Phasen herzustellen. In diesem Fall sollte das Material also dazu neigen, nur zwei Phasen für einen bestimmten Wert der Enthalpie zu bilden, um die Oberfläche G zu minimieren. Wenn es dann irgendwie zu einem Ein-Phasen-Zustand kommt, sollte es einrasten und so bleiben.

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