Phase (Materie)
In der Chemie (insbesondere der physikalischen Chemie), der Mineralogie und der Werkstoffwissenschaft bezeichnet man mit Phase einen einheitlichen Bereich.
Eine Phase ist ein Bereich, in dem sich die Eigenschaften nicht sprunghaft ändern. Es darf sich keine Eigenschaft sprunghaft verändern: Insbesondere Dichte und chemische Zusammensetzung nicht, aber auch nicht alle anderen physikalischen und chemischen Eigenschaften, z.B. Viskosität, Härte, Farbe, Brennbarkeit und vieles mehr.
Eine Phase ist also ein homogener Bereich. Ein homogenes System besteht aus genau einer Phase, in einem heterogenen System bildet jeder in sich homogene Teil davon eine Phase. Dabei gilt aber: Eine Phase muss räumlich nicht zusammenhängend sein! Schwimmen in einem klaren Wasser fünf Eisbrocken, die sich nicht berühren, so hat das System zwei Phasen: eine flüssige Wasserphase und eine (aus fünf Teilen bestehende) Eisphase. Auch bei weiterem Zerteilen der festen Phase und bei Mischungen von mehreren festen Phasen (wie z.B. beim Granit) hat die Teilchenzahl keinen Einfluss auf die Zahl der Phasen. Der Phasenbegriff ist gerade deshalb wichtig, weil er von der Form und der Anzahl der Bereiche abstrahiert.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet des Phasenbegriffes sind die Phasenübergänge Schmelzen/Erstarren und Verdunsten/Kondensieren: die dabei beteiligten Phasen (feste, flüssige, gasförmige Phase) unterscheiden sich im Aggregatzustand. Flüssige und gasförmige Phase unterscheiden sich oft sehr in der Dichte, flüssige und feste Phase unterscheiden sich in der Härte.
Eine Phase ist ein stofflich homogener Bereich: Die chemische Zusammensetzung ändert sich innerhalb einer Phase nicht oder nur sehr minimal (Z.B. in besteht in einem Gasgemisch ein minimaler Konzentrationsgradient aufgrund der Gravitationswirkung auf Gasteilchen unterschiedlicher Masse; derart geringe und kontinuierlich (gleichmäßig) verlaufende Konzentrationsvariationen begründen keine neue Phase.) Auch ist eine Phase ein Bereich mit (annähernd) gleichen physikalischen Eigenschaften, insbesondere gleiche Stoffeigenschaften wie Dichte, Härte, elektrische und thermische Leitfähigkeit, Schallgeschwindigkeit usw. Auch hier gilt: geringe und kontinuierliche Variationen physikalischer Eigenschaften (wie z.B. der von Höhe bzw. Tiefe abhängige hydrostatische Druck) begründen keine neue Phase.
Innerhalb eine Phase gibt es keine Phasengrenze (Phasengrenzfläche), da sich in dieser physikalische und chemische Eigenschaften sprunghaft (genauer gesagt: in einem Raumbereich mit wenigen Moleküldurchmessern) ändern.
Abhängig von der Konzentration und Temperatur verändern sich die Existenzbereiche der einzelnen Phasen. Diese werden in Zustandsdiagrammen dargestellt.
Da Gase miteinander mischbar sind, hat ein System maximal eine Gasphase. Es können aber mehrere flüssige Phasen (z.B. Wasser - Ether) und beliebig viele feste Phasen auftreten, da man Feststoffe miteinander vermengen kann. (Zum zweiphasigen Feststoffgemisch ist der Spruch "die zweite Phase kann noch mehr" bekannt.)
Eine Phase kann aus einem Stoff (Reinstoff) bestehen, oder ein Gemisch sein. Im letzteren Falle ist das Gemisch eine Lösung.
Ein System kann nicht beliebig viele Phasen enthalten: Ein Reinstoff bildet meist eine oder zwei Phasen (z.B. fest+flüssig oder flüssig+gasförmig) oder - am Tripelpunkt - drei Phasen. Die Zahl der möglichen Phasen in Gemischen nimmt mit der Zahl der Komponenten zu und ist durch die Gibbssche Phasenregel festgelegt.