Faasi

Faasi eli olomuotoalue on systeemin homogeeninen osa-alue, jota erottaa rajapinta toisesta faasista. Homogeenisuus tarkoittaa että materiaalin fysikaaliset ominaisuudet, esimerkiksi tiheys, taitekerroin, magnetisaatio ja kemiallinen koostumus ovat samat koko faasissa. Esimerkiksi vesilasiin upotetut kiinteät jääpalat muodostavat yhden faasin ja nestemäinen vesi toisen. Lisäksi lasi sekä lasin ympärillä oleva kostea ilma muodostavat kumpikin oman faasinsa.

Lasi, ilma, jää ja juoma muodostavat kukin oman faasinsa

Termejä faasi ja olomuoto käytetään joissain yhteyksissä toistensa synonyymeinä. Usein olomuodolla tarkoitetaan perinteistä luokittelua kaasumaiseen, nestemäiseen sekä kiinteään olomuotoon. Samalla aineella voi kuitenkin olla esimerkiksi useampi kiinteän olomuodon faasi, joilla on eri kiderakenne, jolloin termi "faasi" edustaa hienosyisempää luokittelua kuin "olomuoto".

Ominaisuudet

Faasille on tyypillistä tietty järjestäytyneisyyden aste ja tyyppi. Tämän vuoksi yhdellä aineella voi olla useita eri faaseja, joilla on sama olomuoto. Monilla kiinteillä aineilla on useita mahdollisia kiderakenteita, joista vain yksi on kussakin lämpötilassa ja paineessa stabiili. Esimerkiksi tinan kiderakenne muuttuu tetragonisesta kuutiolliseksi alle 13,2 °C:n lämpötiloissa pitkän ajan kuluessa. Tämä näkyy vanhoissa tinaesineissä epämiellyttävinä läikkinä. Myös hiilen kolme kiinteää muotoa, timantti, grafiitti ja fullereeni, ovat kaikki eri faaseja, joista vain grafiitti on stabiili normaaliolosuhteissa. Timantin muuttuminen grafiitiksi huoneenlämpötilassa ja ilmanpaineessa kestää kuitenkin mittaamattoman pitkän aikaa.

Homogeeniseltakin näyttävä aine voi olla mikrotasolla eri faasien seos. Tekniset metallit ovat tavallisesti metalliseoksia, jotka voivat sisältää eri kidemuotoa edustavia faaseja. Kolloidi on yleisnimi hienojakoisille seoksille, joissa on kahta eri faasia. Emulsiossa on kaksi eri nestefaasia ja suspensiossa tai geelissä neste ja kiinteä faasi.

Olomuodonmuutoksiin liittyy tiettyjä termodynaamisia ominaisuuksia, joita esiintyy myös muissa fysikaalisissa muutoksissa, esimerkiksi magnetoitumisessa. Ensimmäisen kertaluvun faasimuutoksessa aineen sisäenergia–lämpötila-käyrällä on epäjatkuvuuspiste. Toisen kertaluvun muutoksissa aineen lämpökapasiteetti–lämpötilakäyrä on epäjatkuva. Koska kaikkien tämäntapaisten muutosten laskennallinen käsittely on hyvin samankaltainen riippumatta mahdollisista olomuodonmuutoksista, tapana on kutsua näitä kaikkia faasimuutoksiksi ja eri tiloja faaseiksi. Termodynaamisella käsittelyllä on jopa pyritty mallintamaan maailmankaikkeuden perusrakenteen muutoksia sen varhaisvaiheissa.

Energiatekniikassa tutkitaan mahdollisuuksia hyödyntää erilaisia faasimuutosmateriaaleja energian varastoinnissa ja myöhemmässä hallitussa vapauttamisessa.

Katso myös

• Faasimuutos
• Faasidiagrammi