Metastabilitet

Metastabilitet er en svak form for stabilitet. En metastabil tilstand er stabil mot små endringer, men ustabil for større endringer.

Et metastabilt system: tilstand 1 er stabil for små forstyrrelser og endringer til tilstand 3 ved store forstyrrelser. Stat 2 er ustabil.
Et ustabilt system forlater sin opprinnelige tilstand etter en uendelig liten forstyrrelse og kommer ikke tilbake.
Mange naturlige systemer er metastabile, så forbrenning skjer bare etter tilstrekkelig aktivering.

Et eksempel på dette er systemet med tre og atmosfærisk oksygen ved romtemperatur: Fra et termodynamisk synspunkt vil spontan forbrenning av karbonet kjemisk bundet i det med oksygen til karbondioksid føre til en mer stabil tilstand. Uten aktivering, dvs. en tilstrekkelig stor tilførsel av energi som å tenne treet, vil dette ikke skje.

Dette vises tydelig på bildet til høyre: En ball ligger i en liten hul i en fjellskråning. Så lenge ballen bare blir avbøyd i det hule, ruller den tilbake til sitt dypeste punkt. Dette representerer et lokalt minimum. Hvis det avbøyes sterkere, kan det imidlertid rulle nedover fjellsiden og nå det globale minimumet. Så først må en viss minimumsenergi påføres før tilstanden til systemet endres.

Metastabile faser har høyere energi (mer korrekt: fri entalpi - under definerte forhold som konstant trykk og konstant temperatur) enn den stabile fasen. På grunn av høy aktiveringsenergi konverterer de ikke eller bare sakte til den stabile fasen. Dette energiske grunnprinsippet for metastabile tilstander kan også brukes som en metode for energilagring , slik det i prinsippet også skjer , for eksempel i lagringskraftverk .

Et eksempel på en metastabil fase er diamant , som spontant skal forvandles til grafitt ved atmosfærisk trykk ; imidlertid er hastigheten på denne prosessen ubetydelig ved romtemperatur. Et annet eksempel er tinnpesten : metallfasen av tinn blir metastabilt under 13 ° C og transformeres sakte til den ikke-metalliske fasen, som er mer stabil ved disse temperaturene. Ytterligere eksempler er superkjølt vann, glass (den mest stabile tilstanden vil være de krystallinske silikatene) og overmettede løsninger, som f.eks. Brukes i håndvarmere .

Se også

Individuelle bevis

  1. ^ CHP Lupis: Chemical Thermodynamics of Materials , Elsevier, Amsterdam, 1983, ISBN 0-444-00713-X .
  2. Fremtidig konsept med elektrokjemisk energilagring. Nettsted for energilagringsinitiativet - Forskningsinitiativ fra den føderale regjeringen , 2. mai 2016, åpnet 1. november 2017.
  3. ^ AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Lærebok for uorganisk kjemi . 102. utgave. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s. 1005.