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Gibbs-Thomson-Effekt



Als Gibbs-Thomson-Effekt (nicht zu verwechseln mit dem Thomson-Effekt) bezeichnet man in der Physikalischen Chemie eine Konsequenz der so genannten Grenzflächenenergie σ (sigma). Diese führt dazu, dass kleine Flüssigkeitströpfchen (d.h. Teilchen mit starker Oberflächenkrümmung) einen höheren effektiven Dampfdruck aufweisen als eine ebene Phasengrenze (flüssig-gasförmig), da bei kleinen Tröpfchen die Grenzfläche im Vergleich zum Flüssigkeitsvolumen größer ist. Benannt ist der Effekt nach Josiah Willard Gibbs und Joseph John Thomson.

Weiteres empfehlenswertes Fachwissen

Eine Verallgemeinerung des Gibbs-Thomson-Effektes ermöglicht die Erklärung der Ostwald-Reifung, bei der in dispersen Systemen von kleinen Teilchen mittels Diffusion größere Teilchen wachsen und kleinere sich auflösen.

Die Gibbs-Thomson-Gleichung für ein Teilchen mit Radius R lautet :

\frac{p}{p_{\rm S\ddot{a}ttigung}} = \exp\!\left(\frac{R_{\rm kritisch}}{R}\right)

R_{\rm kritisch} = \frac{2 \cdot \sigma \cdot V_{\rm Atom}^{\rm Tropfen}}{k_{\rm B} \cdot T}

\sigma \  : Oberflächenenergie des Tropfens.
V_{\rm Atom}^{\rm Tropfen}: Volumen eines Atoms im Tropfen.
kB  : Boltzmann-Konstante.
p_{\rm S\ddot{a}ttigung}  : Sättigungsdruck der tröpfchenbildenden Substanz.
p  : Partialdruck der tröpfchenbildenden Substanz.
T  : Temperatur in Kelvin.

Wegen der Erhöhung des Innendruckes durch die gekrümmte Phasengrenze, kommt es im Inneren kleiner Teilchen auch zu einer Erniedrigung der Schmelztemperatur. Bisweilen wird auch dies als Gibbs-Thomson-Effekt bezeichnet.

Literatur

  • http://ttk-net.ciw.uni-karlsruhe.de/scripten -- Prof. K. Schaber: Vorlesungsskript Thermodynamik disperser Systeme, Institut für Technische Thermodynamik und Kältetechnik (ITTK), 2003
 
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