Phasenregel

Phasenregel, in der physikalischen Chemie eine Regel, mit der man das Verhalten thermodynamischer Systeme im Gleichgewicht beschreibt. Die Regel wurde von dem amerikanischen Physiker Josiah Willard Gibbs im Zusammenhang mit seinen Untersuchungen zur Thermodynamik formuliert – daher auch Gibbs’sche Phasenregel. Die Komponenten eines Systems können als gasförmige, flüssige oder feste Phase vorkommen. Die Phasenregel ist nur auf heterogene Systeme anwendbar – das sind solche Systeme, in denen zwei oder mehr physikalisch unterschiedliche Phasen im Gleichgewicht sind. Ein System kann nicht mehr als eine gasförmige Phase, wohl aber mehrere flüssige und feste Phasen umfassen. Eine Kupfer-Nickel-Legierung enthält z. B. zwei feste Phasen; eine Mischung aus Hexan und Wasser besteht aus zwei flüssigen Phasen. Eine gesättigte Lösung aus Salz (Natriumchlorid) und Wasser umfasst beispielsweise drei Phasen: Salz ist die feste Phase, Wasser die flüssige und Wasserdampf die gasförmige Phase. Wasser ist ein Beispiel für ein heterogenes Einkomponentensystem. Die flüssigen und gasförmigen Phasen, Wasser und Wasserdampf, existieren über einen weiten Temperatur- und Druckbereich gleichzeitig nebeneinander. Haben Temperatur und Druck den so genannten Tripelpunkt erreicht, koexistieren alle drei Phasen in einem Gleichgewicht – Wasser (flüssig), Dampf (gasförmig) und Eis (fest).

Die Phasenregel wird durch die Gleichung

F = K - P + 2

ausgedrückt, wobei F die Anzahl der unabhängigen Größen (gewöhnlich Temperatur, Druck und Konzentration) ist, die sich ändern können, ohne dass eine Phase verschwindet oder eine neue Phase auftaucht – diese Größen nennt man auch Freiheitsgrade. K steht für die Zahl der Komponenten des Systems und P für die Zahl der vorhandenen Phasen. Mit dieser Regel können sehr große Mengen physikalischer Daten in eine einfache Korrelation gebracht werden. Außerdem kann mit ihr das Verhalten eines thermodynamischen Systems bis zu einem gewissen Grad vorhergesagt werden. Die Regel findet bei der Lösung vieler praktischer Probleme Verwendung, wie beispielsweise auf dem Gebiet der Herstellung von Metall-Legierungen und in der chemischen Verfahrenstechnik.