• Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

fasediagram

Oprindelig forfatter NTho Seneste forfatter Redaktionen

fasediagram, tilstandsdiagram, i fysik og kemi en grafisk fremstilling af ligevægtsforholdene i et system af flere faser baseret på en eller flere komponenter (stoffer). Antallet af tilstandsvariable, der fastlægger systemets tilstand, er givet ved Gibbs' faselov. Der opereres normalt med tryk og temperatur som variable samt desuden koncentrationsangivelser, hvis der er flere komponenter i systemet.

I figur 1 er vist en del af vands fasediagram. Når vand anbringes i en lukket beholder, der ikke udfyldes helt, vil der indstille sig en ligevægtstilstand mellem flydende vand og vanddamp. Ligevægtstrykket kaldes for damptrykket, og kurvestykket til højre i figuren angiver, hvorledes damptrykket varierer med temperaturen. Såfremt der udefra pålægges et tryk, som er større end ligevægtsdamptrykket, vil al damp blive omdannet til væske, og omvendt vil et reduceret ydre tryk medføre en omdannelse af al væske til damp. Ligevægtskurven for væske-damp adskiller således tilstande svarende til væskefase og tilstande svarende til dampfase. Ligevægtskurven har som øvre endepunkt det såkaldte kritiske punkt, hvor det ikke længere er muligt at skelne mellem væskefase og dampfase. Ligevægtskurven kan også siges at udtrykke kogepunktets afhængighed af trykket, idet en væske koger, når damptrykket er lig med det pålagte tryk (omgivelsernes tryk). Den temperatur, ved hvilken damptrykket er lig med 1 atmosfære (1,1.325 bar), betegnes det normale kogepunkt, som for vand er 100 °C eller 373,15 K. På tilsvarende måde kan der (ved lave temperaturer) etableres ligevægt mellem is og vanddamp, og ligevægtstrykkets variation med temperaturen er repræsenteret ved kurvestykket til venstre i figuren. I skæringspunktet mellem de to kurver er der ligevægt mellem is, vand og vanddamp, altså tre faser, og et sådant punkt betegnes et tripelpunkt. I dette tilfælde er det ved 0,01 °C. Det tredje (næsten lodrette) kurvestykke angiver ligevægtstrykkets afhængighed af temperaturen for ligevægt mellem is og vand, eller anderledes udtrykt: smeltepunktets (frysepunktets) afhængighed af trykket. Det normale smeltepunkt (0 °C for vand) er smeltepunktet ved trykket 1 atmosfære. Smeltepunktet ændres meget lidt med trykket, men for vand er der tale om en lille sænkning af smeltepunktet med voksende tryk. De tre kurvestykker repræsenterer hver en ligevægt mellem to faser, og områder uden for disse kurvestykker repræsenterer énfasetilstande. Ved meget høje tryk forekommer der flere krystallinske modifikationer af is, hvorfor et mere fuldstændigt fasediagram for vand er mere kompliceret end her angivet.

I figur 2 er vist fasediagrammet for kuldioxid (CO2), som på to punkter adskiller sig fra det foregående. Dels stiger smeltepunktet ved stigende tryk, og dette gælder for langt de fleste stoffer. Dels er der i tripelpunktet et tryk, som er større end 1 atm, hvilket medfører, at fast CO2 ved atmosfæretryk sublimerer, dvs. omdannes direkte til dampfase (gasfase) uden at smelte først, hvilket har givet anledning til betegnelsen tøris. Flydende CO2 kan kun eksistere under tryk, som er højere end tripelpunktstrykket.

Annonce

Figur 3 viser en del af fasediagrammet for kulstof (carbon, C); her optræder to modifikationer af fast kulstof: diamant og grafit. Normale tryk og temperaturer er i grafitområdet, svarende til at grafit er den termodynamisk stabile form under normale betingelser. Men det ses, at ved høje tryk bliver diamant den stabile form. Dette kan udnyttes til fremstilling af kunstige diamanter til industrielt brug, idet passende høje tryk og temperaturer medfører en omdannelse af grafit til diamant. Ved at reducere tryk og temperatur af den dannede diamantfase meget hurtigt kan man opnå, at grafitfasen ikke gendannes. Diamantfasen bliver fastfrosset, idet omdannelsen af diamant til grafit er overordentlig langsom ved normale tryk og temperaturer.

Fasediagrammer spiller en meget vigtig rolle ved beskrivelse af ligevægt og omdannelser i teknisk vigtige blandinger som fx råolie og metalliske legeringer.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Niels Thorup: fasediagram i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 20. januar 2020 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=74571