Phasendiagramme sind ein wichtiges Hilfsmittel in der Chemie und Physik zur Untersuchung und Trennung von Stoffgemischen. Meistens wird ein Phasendiagramm (bei Stoffgemischen) als ein Temperatur – Zusammensetzungs Diagramm verwendet, bei dem die Konzentration von Stoffen gegen die Temperatur aufgetragen wird. Anwendung dient dieses Phasendiagramm z.B. bei der Trennung von Stoffgemischen (Destillation -> Trennung von Stoffgemischen aufgrund unterschiedlicher Temperatur).
Ein Phasendiagramm eines einzigen Stoffes ist i.d.R. ein Temperatur-Druck Diagramm, bei dem die Temperatur gegen den Druck aufgetragen wird. Aus einem solchen Phasendiagramm kann man daher ablesen, bei welcher Temperatur und bei welchem Druck ein Stoff im Aggregatzustand fest, flüssig oder gasförmig vorliegt, weswegen diese Phasendiagramme auch Zustandsdiagramme genannt werden.
Ein Phasendiagramm (für zwei Komponenten) gibt für jeden Punkt im Temperatur – Zusammensetzungsdiagramm an, welche Phase oder Phasen im Gleichgewicht vorliegen (z.B. Stoff A (flüssig) und Stoff B (gasförmig).
Aufgebaut (Grundstruktur) ist jedes Phasendiagramm wie ein Diagramm. Dabei wird auf der x-Achse (waagrechte Achse) die Zusammensetzung des Systems aufgetragen, auf der y-Achse (senkrechte Achse) die Temperatur. Die Zusammensetzung des Systems wird folgendermaßen angegeben: am linken Rand eines solchen Diagramms liegt die Komponente (A) als reiner Stoff vor (= 100% A) und demzufolge am rechten Rand die zweite Komponente (B) als reiner Stoff (= 100 B), dazwischen liegt ein Stoffgemisch aus A und B vor.
Je nach Temperaturbereich kann man zwei verschiedene Phasendiagramme unterscheiden, das Schmelzdiagramm (Phasen: fest-flüssig) und das Siedediagramm (Phasen: flüssig-gasförmig ).
Siedediagramm
Abbildung: Phasendiagramm mit zwei Komponenten, beliebig mischbar, flüssige und gasförmige Phasen
Bei oben gezeigter Abbildung handelt es sich um eine ideale Mischung. Reale Mischungen oft anders verhalten als ideale Mischungen, daher weichen diese Phasendiagramme i.d.R vom idealisierten Bild ab. Phasendiagramme können eutektische Zusammensetzungen (Bezeichnung für ein Gemisch zweier oder auch mehrerer Stoffe, die im festen Zustand nicht und nur im geschmolzenen Zustand vollständig mischbar sind) aufweisen. Besonders häufig sind in Phasendiagrammen Mischungslücken zu finden. Nachfolgend sind einige Möglichkeiten aufgelistet:
Beispiel:
Siedediagramm
Die Gibbsche Phasenregel erlaubt eine Aussage, in wie weit die Temperatur und/oder Druck verändert werden können, ohne dass sich die Phase ändert (von Interesse ist diese Anwendung eigentlich nur, wenn mehrere Phasen oder Komponenten in einem System vorliegen.
Die Gibbsche Phasenregel lautet: