Phase (Materie)
Eine Phase ist ein räumlicher Bereich, in dem die Materialeigenschaften, wie etwa Dichte, Brechungsindex oder chemische Zusammensetzung, homogen sind. Der Begriff findet Verwendung in der physikalischen Chemie, Thermodynamik, Materialwissenschaft und Strömungsmechanik.
Die IUPAC definiert eine Phase als Einheit eines materiellen Systems, das einheitlich in Bezug auf die chemische Zusammensetzung und den physikalischen Zustand ist.[1] Eine Phase im Sinne der Thermodynamik ist jeder homogene Teil eines thermodynamischen Systems.[2] Der Begriff wurde von J. W. Gibbs geprägt.[3]
In der Regel bezeichnet der Begriff alle räumlichen Anteile eines Systems mit denselben Materialeigenschaften, auch wenn diese Anteile nicht zusammenhängen. Ein reiner Stoff kann nebeneinander in verschiedenen Phasen vorliegen, z. B. verschiedenen Aggregatzuständen (fest, flüssig und gasförmig). So kann ein Glas Wasser (flüssige Phase) gleichzeitig auch Eiswürfel (feste Phase) enthalten. Der Aggregatzustand ist jedoch nicht das einzige Unterscheidungskriterium für Phasen, denn viele Stoffe können auch in unterschiedlichen Modifikationen (Elemente) oder Kristallstrukturen (Elemente und Verbindungen) nebeneinander auftreten. Eine Besonderheit stellen die Phasen bei der Suprafluidität dar, bei der sich aufgrund von Quanteneffekten die suprafluide Phase und die Normalphase durchdringen können, so dass die Mischung dem bloßen Auge als eine einzige Phase erscheint.
Die Homogenität der Phase lässt sich am Beispiel vom Eis im Wasserglas gut weiter verdeutlichen. So erscheint das Wasser im Glas als ein homogenes Gebilde. Der Eiswürfel zeichnet sich durch einen unterschiedlichen Brechungsindex (man sieht die Kanten unter Wasser) sowie eine andere Dichte aus (der Eiswürfel schwimmt obenauf). In sich ist er aber wieder homogen. Ebenso wie das Glas, das für sich eine homogene Phase bildet.
Der Begriff der Phase wird in erster Linie verwendet, um zwei oder mehr Bereiche homogener Zusammensetzung und Eigenschaften voneinander zu unterscheiden. Dies hängt damit zusammen, dass in der Thermodynamik typischerweise Sachverhalte interessieren, die mit Austausch von Energie oder Materie zusammenhängen. So kann ein Stoff beim Schmelzen von einer festen in eine flüssige Phase übergehen (Phasenübergang). Ebenso kann beispielsweise beim Lösen von Salz Materie von der festen Salzphase in die flüssige, wässrige Phase übergehen.
Ein Spezialfall der Anwendung des Begriffs tritt bei der Bezeichnung verschiedener Aggregatzustände und Modifikationen eines Einstoffsystems auf, wobei die Phase hier meist synonym mit diesen beiden Begriffen verwendet wird.
