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Lexikon der Geowissenschaften: Zustandsdiagramm

Zustandsdiagramm, p-T-Diagramm, graphische Darstellung der durch Druck (p) und Temperatur (T) festgelegten Bereiche, in denen ein reiner Stoff in verschiedenen Aggregatzuständen vorliegt. Die Grenzkurven zwischen zwei Aggregatzuständen sind die Dampfdruckkurve (flüssig/gasförmig), die Schmelzpunktkurve (fest/flüssig) und die Sublimationskurve (fest/gasförmig). In der Kristallographie spricht man vonPhasendiagramm, das die Gesamtheit aller Zustände, die ein chemisches System annehmen kann, darstellt. Solch ein System kann aus mehreren Komponenten bestehen und wird durch thermodynamische Gibbs-Funktionen (Gibbssche Phasenregel) beschrieben. Je nach Variablen, z.B. Druck, Temperatur und Teilchenzahlen der einzelnen Komponenten (die freie Enthalpie ist dann Gibbs-Funktion) kann das System unterschiedliche Zustände annehmen. Es können sich verschiedene Phasen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen bilden. Phasen sind Bereiche im Zustandsdiagramm, für die bei Änderung der unabhängigen Variablen keine Unstetigkeit in den Gibbs-Funktionen auftritt. Tritt solch eine Unstetigkeit auch nur in einer Zustandsfunktion auf, dann geht das System von einer Phase in eine andere über, es überschreitet eine Phasengrenze. Tritt bei einem Phasenübergang ein Sprung in der ersten Ableitung der freien Enthalpie G auf, dann liegt ein Phasenübergang erster Art vor, wie er im allgemeinen für die Kristallzüchtung verwendet wird. Zustandsdiagramme sind eine Darstellung der Zustandsvielfalt als Funktion der verschiedenen Parameter. Im Zustandsdiagramm eines Einkomponentensystems beschreibt das Druck–Temperatur-Diagramm, für welche Werte von Druck und Temperatur die auftretenden Phasen fest, flüssig oder gasförmig sind bzw. unter welchen Bedingungen zwei oder mehr Phasen miteinander im Gleichgewicht stehen können. Mehrkomponentensysteme sind naturgemäß vielfältiger. Phasengrenzen sind oft Zweiphasengebiete, die beispielsweise auf der Seite fester Phasen von der Soliduskurve und auf der Seite der flüssiger Phasen von der Liquiduskurve begrenzt werden. Die Phasengrenzen sind außerdem beim Überschreiten in Richtung fester Phasen von einem metastabilen Bereich begleitet, dem Ostwald-Miers-Bereich. Da bei der Kristallisation meist der Phasenübergang von einer fluiden oder gasförmigen Ausgangsphase in eine kristalline Phase verwendet wird, ist das Zustandsdiagramm die Grundlage für eine erfolgreiche Kristallherstellung. Phasenbeziehungen.

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