7 Übergänge in den festen Zustand

Question 1

Der feste Zustand eines Materials…

Answer 1

ist durch eine starke WW zwischen den Bausteinen gekennzeichnet.

Question 2

innere Energie U

Answer 2

• Gesamtenergie eines Teilchensystems:
  
  • die inneratomare Energie,
  • die potentiellen WW-energien,
  • die kinetische Energie aller Teilchen.
• U = f(T,V) T, V – Zustandsvariable des Systems

Question 3

Änderung der inneren Energie

Answer 3

Question 4

Zufuhr thermischer Energie (dQ) und V=const. gilt

Answer 4

• ΔU = ΔT bei Wärmezufuhr

Question 5

Enthalpie H

Answer 5

• Änderung der Energie eines Systems bei p=const.

Question 6

Änderung der Enthalpie dH

Answer 6

Question 7

Änderung der Enthalpie H eines kristallinen Stoffes in Abhängigkeit der Temperatur

Answer 7

Question 8

Enthalpieen bei Metallen

Answer 8

Question 9

freie Enthalpie G

Answer 9

• Zustandsänderungen im Festkörper laufen mit dem Ziel ab, die freie Enthalpie G, d.h. die freie Energie bei konstantem Druck - zu minimieren
• alle Zustände, in denen GG noch nicht erreicht, metastabil

Question 10

∆G

Answer 10

• Energiebetrag, um den das System noch vom Gleichgewichtszustand entfernt ist.
• ⇒ „überschüssiger“ Wärmeinhalt, der für Arbeitsleistungen zur Verfügung steht.
  
  • ∆G=0: Das System befindet sich im thermodynamischen Gleichgewicht.
  • ∆G<0: Energie wird freigesetzt, d.h. ein freiwilliger Prozess läuft ab.
  • ∆G>0: Vorgang läuft nicht freiwillig ab.

Question 11

Übergang vom flüssigen in den festen Zustand

Answer 11

• Kristallisation in zwei Teilschritten
  
  • Keimbildung
  • Keimwachstum
• Wachstumsfähige Keime erst bei
  
  • ΔT = TS - T
• ​⇒ gewisse Unterkühlung für Keimbildung notwendig

Question 12

Keimbildung und Keimwachstum

Answer 12

• Die Entstehung eines Keims in der homogenen flüssigen Ausgangsphase ist mit einer Änderung der freien Enthalpie ∆G des Systems verbunden.
• Energie wird benötigt, um Keim in Schmelte zu bilden
• Energie wird bei Phasenübergang flüssig-fest gewonnen, da der feste Zustand eine geringere innere energie bestitz

Question 13

Proportionalität

Answer 13

• +ΔG_G~ r² (zur Oberfläche des Keims)
• -ΔG_V~ r³ (zum Volumen des Keims)

Question 14

Freie Bildungsenthalpie ΔG in Abhängigkeit des Keimradius r

Answer 14

• ∆Τ- Unterkühlung
• ∆G – freiwerdende Energie beim Übergang Schmerlze -> Kristall
• γ - Grenzflächenenergie
• ∆gV – die auf die Volumeneinheit bezogene freie Bildungsenthalpie

Question 15

kritischen Keimbildungsradium r*

Answer 15