14: Likevekt mellom væsker, faste stoffer og gasser

Likevekten mellom kondensert fase (samlebegrep for væske eller fast stoff) og gass er en balanse mellom bindingsenergier som holder partikler sammen i kondensert fase ved lav temperatur, og økningen i (translasjonell) entropi som oppnås ved å gå over i gassfase. Det kjemiske potensialet i en fase tolkes som partiklenes tendens til å forlate den fasen. Dermed er gassfasen og den kondenserte fasen i likevekt når partiklene har like stor tendens til å forlate gassfasen som de har til å forlate den kondenserte fasen: \(\mu_{gass} = \mu_{kondensert}\). Likevekten kan også beskrives i form av et damptrykk, som er et mål på tettheten av partikler i gassfase. For å utlede formen til \(\mu_{kondensert}\) og \(\mu_{gass}\) brukes henholdsvis en gittermodell og den ideelle gassmodellen.

Clausius’ ligning gir stigningstallet til koeksistenskurven i et \(p\), \(T\)-fasediagram. Det vil si at den beskriver hvordan faselikevekt avhenger av trykk og temperatur. Clausius-Clapeyron-ligningen er en tilnærming av Clausius’ ligning som benytter at volumet til en (ideell) gass er mye større enn volumet til kondensert materiale.

Ut i fra en gittermodell utledes et uttrykk for overflatespenning, som er kostnaden i fri energi for å flytte en partikkel fra det indre av materialet til overflaten. Det er det samme som å si at det er kostnaden i fri energi per partikkel for å øke overflatearealet.