「
态 」
重定 しげさだ 向 むかい 至 いたる 此。
關 せき 於語
法 ほう 中 ちゅう 的 てき 態 たい ,請見「
語 かたり 態 たい 」。
快速 かいそく 熔化中 ちゅう 的 てき 固 かた 態 たい 氬 展示 てんじ 出 で 從 したがえ 固體 こたい 到 いた 液體 えきたい 的 てき 相變 あいかわ 。
相 そう (phase)亦 また 称 たたえ 相 あい 态 、物相 もっそう (phase of matter)[ 1] ,是 ぜ 指 ゆび 某 ぼう 種 しゅ 或 ある 多種 たしゅ 物質 ぶっしつ 呈 てい 現 げん 某 ぼう 種 しゅ 物 もの 质状态時 とき ,若 わか 該物質 ぶっしつ 或 ある 這些物質 ぶっしつ 所 しょ 佔的體積 たいせき (區域 くいき )內的分子 ぶんし 均 ひとし 勻分佈,則 のり 這片區域 くいき (體積 たいせき )就是一 いち 個 こ 相 そう 。例 れい 如在玻璃 はり 罐 かん 中 ちゅう 由 よし 冰和水 すい 组成的 てき 物理 ぶつり 系 けい 统中 なか ,冰块是 ぜ 一 いち 相 そう ,水 みず 是 ぜ 一 いち 相 そう ,水蒸氣 すいじょうき 也是一 いち 個 こ 相 しょう 。罐子 かんす 的 てき 玻璃 はり 是 ぜ 另一个相。
均 ひとし 相 しょう 系 けい 又 また 稱 たたえ 單 たん 相 しょう 系 けい ,是 ぜ 一 いち 種 しゅ 簡單 かんたん 的 てき 系統 けいとう ,僅由一 いち 相 そう 所 しょ 構成 こうせい 。更 さら 複雜 ふくざつ 的 てき 系統 けいとう 可能 かのう 在 ざい 某 ぼう 方面 ほうめん 不 ふ 均 ひとし 勻,這類系統 けいとう 稱 しょう 為 ため 非 ひ 均 ひとし 相 しょう 系 けい 或 ある 異相 いそう 系 けい 。在 ざい 做分析 ぶんせき 時 じ ,可 か 以將非 ひ 均 ひとし 相 しょう 系統 けいとう 分 ぶん 為 ため 幾 いく 個 こ 系統 けいとう ,每 まい 個 こ 系統 けいとう 都 と 只 ただ 具有 ぐゆう 一 いち 種 しゅ 相 しょう ,都 みやこ 是 ただし 均 ひとし 相 しょう 系統 けいとう [ 2] :86 [ 3] :3 。例 れい 如,經過 けいか 仔細 しさい 攪和後 ご 的 てき 溶液 ようえき 是 ぜ 均 ひとし 相 しょう 系統 けいとう ,只 ただ 具有 ぐゆう 一 いち 種 しゅ 相 しょう 。又 また 例 れい 如,在 ざい 一個裝有水和冰塊的玻璃杯所組成的非均相系統中,水 みず 是 ぜ 一 いち 種 しゅ 相 しょう 、冰塊也是一 いち 種 しゅ 相 しょう ,水上 すいじょう 方 かた 的 てき 潮 しお 濕 しめ 空氣 くうき 是 ぜ 另一 いち 種 しゅ 相 しょう ,而玻璃 はり 杯 はい 又 また 是 ぜ 另外一 いち 種 しゅ 相 しょう 。
相 あい 和 わ 物 もの 质状态有 ゆう 時 じ 可 か 以混同 こんどう ,有 ゆう 時 じ 可能 かのう 有 ゆう 所 しょ 區別 くべつ ,例 れい 如多個 こ 物質 ぶっしつ 都 と 處 しょ 於同一物 いちもつ 质状态(例 れい 如液體 えきたい )時 じ ,可能 かのう 會 かい 存在 そんざい 一 いち 種 しゅ 以上 いじょう 彼此 ひし 不 ふ 混 こん 溶的 まと 相 しょう (例 れい 如水 にょすい 和 わ 液 えき 態 たい 的 てき 油 あぶら 的 てき 物 ぶつ 质状态都是 ぜ 液 えき 態 たい ,但 ただし 兩者 りょうしゃ 不能 ふのう 互溶,是 ぜ 二 に 個 こ 相 しょう )。相 あい 有 ゆう 時 じ 會 かい 用 よう 來 らい 描述由 ゆかり 相 そう 圖 ず 上 うえ 的 てき 相 あい 邊 あたり 界 かい 劃分出來 でき 的 てき 一 いち 組 くみ 平衡 へいこう 狀態 じょうたい ;在 ざい 這裡,相 そう 邊 あたり 界 かい 是 ぜ 由 よし 像 ぞう 壓力 あつりょく 、溫度 おんど 一類 いちるい 的 てき 狀態 じょうたい 變數 へんすう 設定 せってい 。相 あい 邊 あたり 界 かい 很重要地 ようち 關聯 かんれん 到 いた 在 ざい 它兩邊 べ 的 てき 兩 りょう 種 たね 相 しょう 所 しょ 對比 たいひ 出 で 的 てき 性質 せいしつ 差異 さい 。例 れい 如,由 ゆかり 液體 えきたい 變成 へんせい 固體 こたい 、由 ゆかり 某 ぼう 一種晶體結構變為另一種晶體結構。
鐵 てつ -碳合金的 きんてき 相 そう 圖 ず 展示 てんじ 出 で 形成 けいせい 各種 かくしゅ 不 ふ 同相 どうしょう 所 しょ 需的條件 じょうけん 。
相可 しょうか 以用常 つね 见的物 もの 质状态來 らい 描述,像 ぞう 固 かた 态 、液 えき 态和 わ 气态 、等 とう 离子态 、玻色-爱因斯坦凝聚 ぎょうしゅう 态 等 ひとし 。在 ざい 固 かた 相 あい 與 あずか 液 えき 相之 あいの 間 あいだ 的 てき 中 ちゅう 間 あいだ 相 しょう 形成 けいせい 另一 いち 種 しゅ 物質 ぶっしつ 狀態 じょうたい ,中間 なかま 相 しょう 物質 ぶっしつ 是 ぜ 一 いち 種 しゅ 很有用 よう 的 てき 材料 ざいりょう 。但 ただし 在 ざい 同 どう 一個物质状态中也會存在不同的相,例 れい 如在鐵 てつ -碳合金的 きんてき 相 そう 圖 ず 中 なか ,存在 そんざい 許多 きょた 物質 ぶっしつ 狀態 じょうたい 都 と 是 ぜ 固 かた 態 たい 或 ある 液 えき 態 たい 的 てき 各種 かくしゅ 不同 ふどう 的 てき 相 しょう ,例 れい 如萊氏體 たい 、奧 おく 氏 し 體 たい 、珠 たま 光 こう 體 からだ 等 ひとし 。
在 ざい 溶液 ようえき 裏 うら ,溶質 ようしつ 對 たい 於溶劑 ざい 在 ざい 溶解 ようかい 度 ど 方面 ほうめん 的 てき 不同 ふどう ,使 つかい 得 とく 可 か 區分 くぶん 的 てき 相 しょう 的 てき 出現 しゅつげん 成 なり 為 ため 可能 かのう ,例 れい 如,水 みず (極性 きょくせい 分子 ぶんし )在 ざい 油 あぶら (非 ひ 極性 きょくせい 分子 ぶんし )中 ちゅう 的 てき 溶解 ようかい 度 ど 很低,而油在 ざい 水中 すいちゅう 的 てき 溶解 ようかい 度 ど 也很低 てい ,由水 ゆみ 和 わ 油 ゆ 形成 けいせい 的 てき 混合 こんごう 物 ぶつ ,因 いん 為 ため 二 に 者 しゃ 不 ふ 互溶,會 かい 自然 しぜん 分 ぶん 為 ため 二 に 個 こ 相 しょう ,並 なみ 因 いん 此出現 しゅつげん 清楚 せいそ 的 てき 界面 かいめん 。兩 りょう 種 たね 物質 ぶっしつ 的 てき 互溶度 ど 與 あずか 它們彼此 ひし 之 の 間 あいだ 的 てき 的 てき 分子 ぶんし 間 あいだ 作用 さよう 力 りょく 有 ゆう 關 せき 。一般 いっぱん 而言,假 かり 若 わか 溶質 ようしつ A能 のう 夠溶解 ようかい 於溶劑 ざい B,則 のり 在 ざい 它們組成 そせい 的 てき 溶液 ようえき 裏 うら ,分子 ぶんし 間 あいだ 吸引 きゅういん 力 りょく KAB 必須 ひっす 能 のう 克服 こくふく KAA 與 あずか KBB 。分子 ぶんし 間 あいだ 吸引 きゅういん 力 りょく 與 あずか 分子 ぶんし 的 てき 極性 きょくせい 或 ある 非 ひ 極性 きょくせい 有 ゆう 關 せき ,例 れい 如,假 かり 若 わか 溶質 ようしつ A、溶劑 ようざい B都 と 是非 ぜひ 極性 きょくせい 物質 ぶっしつ ,即 そく KAA 、KBB 都 と 很弱,而KAB 也很弱 じゃく ,則 のり 溶質 ようしつ A在 ざい 溶劑 ようざい B的 てき 溶解 ようかい 度 ど 可能 かのう 很高;假 かり 若 わか 溶質 ようしつ A、溶劑 ようざい B都 と 是 ぜ 極性 きょくせい 物質 ぶっしつ ,即 そく KAA 、KBB 都 と 很強,而KAB 也很強 きょう ,則 のり 溶質 ようしつ A在 ざい 溶劑 ようざい B的 てき 溶解 ようかい 度 ど 可能 かのう 很高[ 4] :10-11 。
類似 るいじ 的 てき 概念 がいねん 可 か 以延伸 えんしん 到 いた 固體 こたい ,固體 こたい 可 か 以形成 けいせい 固溶體 こようたい ,或 ある 者 もの 結晶 けっしょう 形成 けいせい 不同 ふどう 的 てき 晶 あきら 相 しょう 。互溶的 てき 金屬 きんぞく 對 たい (metal pair)可 か 以形成 けいせい 合金 ごうきん ;無法 むほう 互溶的 てき 金屬 きんぞく 對 たい 不能 ふのう 形成 けいせい 合金 ごうきん 。
舉例而言,化學 かがく 實驗 じっけん 家 か 已 やめ 完成 かんせい 展示 てんじ 不 ふ 互熔性的 せいてき 實驗 じっけん 。在 ざい 這實驗 じっけん 裏 うら ,可 か 以觀察到八種不互熔的相,一層一層的堆排在容器內 ,按照密度 みつど 從 したがえ 小 しょう 至大 しだい ,分別 ふんべつ 為 ため 石 いし 蠟油 、矽油 、水 みず 、苯胺 、全 ぜん 氟二甲基环己烷 、熔融 ようゆう 白 しろ 磷 、熔融 ようゆう 鎵 、水銀 すいぎん 。在 ざい 磷與鎵都會 かい 熔化的 てき 溫度 おんど 45°C,這系統 けいとう 呈 てい 長久 ちょうきゅう 穩定平衡 へいこう [ 4] :12 。
不 ふ 是 ぜ 所有 しょゆう 有機 ゆうき 溶劑 ようざい 都 と 可 か 以彼此 ひし 互溶,例 れい 如乙 おつ 二 に 醇 あつし 和 わ 甲 きのえ 苯都 みやこ 是 ただし 有機 ゆうき 溶劑 ようざい ,但 ただし 會 かい 分 ぶん 為 ため 二 に 個 こ 不同 ふどう 的 てき 相 しょう [ 5] 。
有 ゆう 時候 じこう 不同 ふどう 的 てき 相 しょう 會 かい 自動 じどう 分離 ぶんり ,有清 ありきよ 楚 すわえ 的 てき 界面 かいめん ,但 ただし 有 ゆう 時 じ 不同 ふどう 的 てき 相 しょう 不 ふ 一定 いってい 會 かい 有清 ありきよ 楚 すわえ 的 てき 界面 かいめん ,像 ぞう 乳 ちち 浊液和 わ 膠 にかわ 體 たい 都 みやこ 是 ただし 不 ふ 互溶的 てき 二 に 相 そう 形成 けいせい 的 てき 混合 こんごう 物 ぶつ ,但 ただし 沒 ぼつ 有清 ありきよ 楚 すわえ 的 てき 相 しょう 邊 あたり 界 かい 。
2012年 ねん 加 か 拿大佩里米 まい 特 とく 理 り 论物理 ぶつり 研究所 けんきゅうじょ 研究 けんきゅう 员文小 しょう 刚在美国 びくに 《科学 かがく 》杂志的 てき 发表文章 ぶんしょう 提出 ていしゅつ 一种能够最终对相进行分类的新理论体系,物 ぶつ 质有500多 た 种相。该理论可以在任 ざいにん 何 なん 维度、任 にん 何 なん 对称性 せい 的 てき 基 もと 础上对保有 ほゆう 对称性的 せいてき 相 しょう 实施构筑和 わ 分 ぶん 类。[ 6]
在 ざい 相 あい 平衡 へいこう 時 とき ,許多 きょた 的 てき 成 なり 份可能會 のうかい 形成 けいせい 均 ひとし 勻的一 いち 相 そう ,但 ただし 單 たん 一 いち 相 そう 質 しつ 也有 やゆう 可能 かのう 在 ざい 特定 とくてい 溫度 おんど 及壓力 りょく 下分 しもぶん 為 ため 二 に 個 こ 或 ある 三 さん 相 そう 不同 ふどう 的 てき 相 しょう ,同 どう 一 いち 相 そう 的 てき 物理 ぶつり 性質 せいしつ 一 いち 樣 よう ,但 ただし 相 あい 和 わ 相之 あいの 間 あいだ 的 てき 物理 ぶつり 性質 せいしつ 就不同 どう 了 りょう 。
假設 かせつ 在 ざい 密閉 みっぺい 罐子 かんす 中 ちゅう 的 てき 水 すい 只 ただ 佔有一 いち 部分 ぶぶん 空間 くうかん ,則 のり 會 かい 形成 けいせい 兩 りょう 相 そう ,大部 おおぶ 份的水 すい 是 ぜ 處 しょ 於液相 しょう ,靠 もたれ 水分 すいぶん 子 こ 之 の 間 あいだ 的 てき 吸引 きゅういん 力 りょく 而維持 いじ 液 えき 相 しょう ,但 ただし 即 そく 使 つかい 在 ざい 相 しょう 平衡 へいこう 時 じ ,分子 ぶんし 仍然在 ざい 運動 うんどう ,若 わか 某 ぼう 一個水分子獲過夠大的動能,就會打 だ 破水 はすい 分子 ぶんし 之 の 間 あいだ 的 てき 吸引 きゅういん 力 りょく ,由 よし 液 えき 相變 あいかわ 為 ため 氣 き 相 しょう ,當 とう 一個水蒸氣分子和水面碰撞,也會凝 しこり 結成 けっせい 水 すい 。在 ざい 平衡 へいこう 時 じ ,水 みず 蒸發 じょうはつ 和 わ 凝結 ぎょうけつ 的 てき 速度 そくど 相 しょう 同 どう ,液 えき 相 しょう 及氣相 しょう 的 てき 體積 たいせき 都 と 不 ふ 會 かい 改變 かいへん 。
在 ざい 室溫 しつおん 及一般 いっぱん 大氣 たいき 壓力 あつりょく 下 か ,當 とう 罐 かん 中 ちゅう 空氣 くうき 的 てき 濕度 しつど 到 いた 3%時 とき ,水 みず 和 わ 水蒸氣 すいじょうき 達 たち 到 いた 平衡 へいこう 。當 とう 溫度 おんど 升 ます 高 だか ,平衡 へいこう 時 じ 的 てき 濕度 しつど 也會上昇 じょうしょう 。在 ざい 溫度 おんど 100%時 とき ,水 みず 會 かい 全部 ぜんぶ 變成 へんせい 水蒸氣 すいじょうき 時 じ ,若 わか 加熱 かねつ 略 りゃく 超過 ちょうか 100度 ど ,不 ふ 只 ただ 液體 えきたい 表面 ひょうめん 的 てき 水分 すいぶん 子 こ 會 かい 氣化 きか ,液體 えきたい 水 すい 整體 せいたい 都會 とかい 氣化 きか ,稱 たたえ 為 ため 沸騰 ふっとう 。
典型 てんけい 的 てき 相 しょう 包括 ほうかつ 固 かた 相 しょう 、液 えき 相 しょう 与 あずか 气相,根 ね 据 すえ 其与压力及温度 おんど 的 てき 关系,可 か 绘成相 あい 图 。图中绿色实线是 ぜ 一般物质在不同温度及压力下的凝固/熔解曲 きょく 线,绿色虚 きょ 线是水 すい 的 てき 凝固 ぎょうこ /熔解曲 きょく 线,显示出 で 当 とう 压力增加 ぞうか 时会出 で 现的反 はん 常行 つねゆき 为。
給 きゅう 定 てい 一種 いっしゅ 組成 そせい ,在 ざい 特定 とくてい 溫度 おんど 及壓力 りょく 下 か 只 ただ 有 ゆう 某 ぼう 些相可 か 以存在 そんざい 。相 そう 的 てき 數量 すうりょう 及種類 しゅるい 很難預 あずか 估,一般都是用實驗來求得,實驗 じっけん 的 てき 結果 けっか 會 かい 繪 え 成 なり 相 そう 圖 ず 。
右 みぎ 圖 ず 是 ぜ 單 たん 一成份的相圖,注意 ちゅうい 到 いた 系統的 けいとうてき 狀 じょう 相 しょう 只 ただ 和 わ 溫度 おんど 及壓力 りょく 有 ゆう 關 せき ,圖 ず 中 ちゅう 繪 え 出 で 兩 りょう 相 そう 或 ある 三 さん 相 そう 共存 きょうぞん 的 てき 條件 じょうけん ,只 ただ 要 よう 溫度 おんど 或 ある 壓力 あつりょく 偏 へん 離 はなれ 該條件 じょうけん ,平衡 へいこう 狀 じょう 況 きょう 下 か 就只有 ゆう 一 いち 相 そう 。
圖 ず 中 ちゅう 的 てき 藍 あい 線 せん 是 ぜ 液 えき 氣 き 共存 きょうぞん 的 てき 線 せん 段 だん ,但 ただし 終止 しゅうし 於一 いち 個 こ 稱 たたえ 為 ため 臨界 りんかい 點 てん 的 てき 溫度 おんど 及壓力 りょく 。當 とう 溫度 おんど 及壓力 りょく 接近 せっきん 臨界 りんかい 點 てん 時 じ ,液 えき 相 しょう 和氣 わき 相 しょう 的 てき 性質 せいしつ 會 かい 越來 ごえく 接近 せっきん ,在 ざい 臨界 りんかい 點 てん 時 じ 無法 むほう 區分 くぶん 液 えき 相 しょう 和氣 わき 相 しょう ,溫度 おんど 及壓力 りょく 一旦 いったん 超過 ちょうか 臨界 りんかい 點 てん ,就沒有 ゆう 單獨 たんどく 可 か 區分 くぶん 的 てき 液 えき 相 しょう 或 ある 氣 き 相 しょう ,只 ただ 會 かい 有 ゆう 一 いち 種 しゅ 稱 たたえ 為 ため 超 ちょう 臨界 りんかい 流體 りゅうたい 的 てき 流體 りゅうたい 相 しょう 。水 みず 的 てき 臨界 りんかい 點 てん 是 ぜ 647K (374 °C)及22.064MPa 。
在 ざい 水 みず 的 てき 相 しょう 圖 ず 中 ちゅう ,一個特殊之處為其固液共存的線段(綠色 みどりいろ 點線 てんせん )。對 たい 於大 おだい 部 ぶ 份的物質 ぶっしつ ,這條線 せん 的 てき 斜 はす 率 りつ 為 ため 正 せい 值(綠色 みどりいろ 實線 じっせん ),表示 ひょうじ 若 わか 要 よう 維持 いじ 固 かた 相 あい 和 わ 液 えき 相 しょう 共存 きょうぞん ,溫度 おんど 升 ます 高 だか ,壓力 あつりょく 就大。但 ただし 對 たい 於水這條線 せん (綠色 みどりいろ 點線 てんせん )的 てき 斜 はす 率 りつ 為 ため 負 ふ 值,這和冰的密度 みつど 比 ひ 水 すい 要 よう 低 てい 有 ゆう 關 せき ,將 はた 冰加壓 あつ 會 かい 使 し 冰成為 ため 密度 みつど 較高的 てき 相 しょう ,也就是 ぜ 水 すい 。
另一個值得注意的特性是液氣共存線、固 かた 液 えき 共存 きょうぞん 線 せん 彼此 ひし 相 しょう 交的點 てん ,稱 たたえ 為 ため 三 さん 相 そう 點 てん ,在 ざい 此溫度 おんど 及壓力 りょく 下 か ,三 さん 相 そう 會 かい 共存 きょうぞん
在 ざい 實驗 じっけん 方面 ほうめん ,平衡 へいこう 線 せん 不 ふ 難 なん 繪 え 製 せい ,這是因 いん 為 ため 對 たい 於多相 しょう 系統 けいとう ,溫度 おんど 與 あずか 壓力 あつりょく 無關 むせき 。試 ためし 想 そう 由 よし 密閉 みっぺい 隔 へだた 溫 ぬる 罐子 かんす 與 あずか 活塞 かっそく 組成 そせい 的 てき 一個檢試儀器,假設 かせつ 注入 ちゅうにゅう 正確 せいかく 數量 すうりょう 的 てき 水 みず ,加熱 かねつ ,則 のり 這系統 けいとう 可 か 以被帶 たい 到 いた 相 あい 圖 ず 的 てき 氣 き 相 しょう 區域 くいき 內的任意 にんい 點 てん 。這時,假 かり 若 わか 用 よう 力 りょく 將 はた 活塞 かっそく 緩慢 かんまん 推入罐子 かんす ,則 のり 這系統 けいとう 會 かい 在 ざい 相 しょう 圖 ず 的 てき 氣 き 相 しょう 區域 くいき 描繪出 で 一條溫度增加與壓力增加的曲線。但 ただし 是 ぜ ,假 かり 若 わか 這條曲線 きょくせん 遇 ぐう 到 いた 液 えき 相 しょう -氣 き 相 しょう 平衡 へいこう 線 せん ,即 そく 氣體 きたい 開始 かいし 凝聚 ぎょうしゅう 成 なり 液體 えきたい 的 てき 情況 じょうきょう ,則 のり 這系統 けいとう 之 の 後 こう 描繪出 で 的 てき 曲線 きょくせん 會 かい 驟然地 ち 重疊 ちょうじょう 於液相 しょう -氣 き 相 しょう 平衡 へいこう 線 せん ,直 ちょく 到 いた 所有 しょゆう 水 すい 氣體 きたい 都 と 凝聚 ぎょうしゅう 成 なり 水 すい 液體 えきたい 。
在 ざい 平衡 へいこう 的 てき 二 に 相 そう 的 てき 邊 あたり 界 かい 之 の 間 あいだ ,會 かい 有 ゆう 一 いち 狹窄 きょうさく 區域 くいき ,其性質 せいしつ 和 わ 這二 に 相 そう 都 と 不同 ふどう ,雖然此區域 くいき 可能 かのう 非常 ひじょう 狹窄 きょうさく ,它可能 かのう 造成 ぞうせい 顯著 けんちょ 與 あずか 容易 ようい 觀測 かんそく 到 いた 的 てき 效 こう 應 おう ,例 れい 如促使 し 液體 えきたい 展示 てんじ 出 で 表面張力 ひょうめんちょうりょく 。混合 こんごう 物的 ぶってき 某 ぼう 些成分 ぶん 可能 かのう 比較 ひかく 喜 き 歡移動 いどう 至 いたり 界面 かいめん 。為 ため 了 りょう 建 けん 模 も 、描述或 ある 了解 りょうかい 某 ぼう 特定 とくてい 系統 けいとう 的 てき 物理 ぶつり 行為 こうい ,將 はた 界面 かいめん 區域 くいき 視 し 為 ため 獨立 どくりつ 分 ぶん 開 ひらき 的 てき 一相是個很好的點子。[ 3] :208-212
同 どう 一種物質在固體時可能會有不止一種的相,以水為 ため 例 れい ,常見 つねみ 的 てき 冰 是 ぜ 六 ろく 邊 へん 形 がた 的 てき 結構 けっこう 冰Ih ,但 ただし 也可能會 のうかい 有 ゆう 立方體 りっぽうたい 的 てき 結構 けっこう 冰Ic 、三 さん 方 ぽう 晶 あきら 系 けい 的 てき 結構 けっこう 冰II 以及其他的 てき 結構 けっこう 。
多 た 形體 けいたい 是 ぜ 指 ゆび 一個固體有不只一種的晶體型式,由 よし 一種化學元素組成的多形體則稱為同素 どうそ 异形体 けいたい 。例 れい 如石墨 せきぼく 、鑽石 及富 とみ 勒烯都 みやこ 是 ただし 碳的同素 どうそ 异形体 けいたい [ 7] 。每 まい 一種多型體都是獨立的晶相。
相變 あいかわ 是 ぜ 指 ゆび 一物質由一個相轉變為另一個相,
一級 いっきゅう 相 しょう 变:當 とう 中 ちゅう 會 かい 伴 とも 隨 ずい 著 ちょ 熱 ねつ 量的 りょうてき 吸收 きゅうしゅう 或 ある 釋放 しゃくほう ,及體積 たいせき 、比 ひ 热容、压缩率 りつ 等 とう 會 かい 有 ゆう 变化[ 8] 。例 れい 如水 じょすい 蒸發 じょうはつ 時 とき ,蒸發 じょうはつ 的 てき 水分 すいぶん 子 こ 有 ゆう 較高的 てき 動 どう 能 のう ,因 いん 此液體 えきたい 的 てき 溫度 おんど 會 かい 下降 かこう 。產 さん 生 せい 相 しょう 變 へん 需要 じゅよう 的 てき 能 のう 量 りょう (汽化熱 ねつ )要 よう 比 ひ 將 はた 水 みず 由 よし 室溫 しつおん 加熱 かねつ 到 いた 沸點 ふってん 的 てき 能 のう 量 りょう 要 よう 多 た ,因 いん 此蒸發 じょうはつ 有 ゆう 助 じょ 於冷卻。相反 あいはん 的 てき ,凝結 ぎょうけつ 會 かい 放熱 ほうねつ 。從 したがえ 固 かた 相變 あいかわ 為 ため 液 えき 相 しょう 的 てき 熱 ねつ 能 のう (或 ある 焓 )變化 へんか 稱 たたえ 為 ため 熔化熱 ねつ ,而由固 かた 相變 あいかわ 為 ため 气相的 てき 熱 ねつ 能 のう (或 ある 焓)變化 へんか 稱 しょう 為 ため 為 ため 升 ます 華 はな 熱 ねつ 。
二 に 級 きゅう 相 しょう 变:其體積 たいせき 沒 ぼつ 有明 ありあけ 顯 あらわ 的 てき 變化 へんか ,沒 ぼつ 有 ゆう 潛熱 せんねつ 產 さん 生 せい ,熵 也沒有 ゆう 不連續 ふれんぞく 的 てき 變化 へんか 。像 ぞう 超 ちょう 导体在 ざい 临界温度 おんど 时发生 せい 第 だい 二 に 种相变,无相变潜热,但 ただし 是 ぜ 物 ぶつ 质的其他性 せい 质会发生变化(导电性 せい 等 とう )。
重要 じゅうよう 的 てき 相變 あいかわ 還 かえ 有 ゆう 氦-4 在 ざい 临界温度 おんど 时Lambda相變 あいかわ 为无粘 ねば 滞 とどこお 的 てき 超 ちょう 流体 りゅうたい 、磁鐵在 ざい 居 きょ 里 さと 溫度 おんど 從 したがえ 鐵 てつ 磁性 じせい 變成 へんせい 順 じゅん 磁性 じせい 、金屬 きんぞく -絕緣 ぜつえん 體 たい 相變 あいかわ 、量子 りょうし 相變 あいかわ 等 ひとし 。
基礎 きそ 三 さん 相 そう
虽然相 しょう 的 てき 概念 がいねん 从表面 めん 上 じょう 来 らい 看 み 非常 ひじょう 简单,但 ただし 要 よう 对它作 さく 一个精确的定义却很困难。一 いち 个比较好的 てき 定 てい 义是一个相是一个在其范围内其热力学参数的自由 じゆう 能 のう 在 ざい 参 さん 数 すう 空 そら 间中的 てき 函数 かんすう 是 ぜ 解析 かいせき 的 てき 。这个定 てい 义实际上就是说,假 かり 如两个系统是同一 どういつ 个相的 てき 话,那 な 么在从一个系统转换到另一个系统的时候它们的热力学参数不会突然改变。
热力学 がく 中 ちゅう 的 てき 参 まいり 数 すう 如熵 、热容量 りょう 、壓縮 あっしゅく 性 せい 等 とう 都 と 可 か 以被表示 ひょうじ 为自由 じゆう 能 のう 和 わ 它的导数 。比 ひ 如熵是 ぜ 自由 じゆう 能 のう 对温度 おんど 的 てき 导数。只 ただ 要 よう 自由 じゆう 能 のう 是 ぜ 解析 かいせき 的 てき ,那 な 么热力学 りきがく 的 てき 其它参 さん 数 すう 也是连续的 てき 。
假 かり 如一个系统从一个相演变为另一个相,那 な 么在这个过程中 ちゅう 总会有 ゆう 一个阶段里自由能是不解析的。这个过程被 ひ 称 しょう 为相 あい 变 。最 さい 常 つね 见的相 しょう 变有溶化(从固态到液 えき 态)、冻结(从液态到固 かた 态)、蒸發 じょうはつ (从液态到气态)和 かず 凝 しこり 结(从气态到液 えき 态)。由 よし 于自由 じゆう 能 のう 在 ざい 这个过程中 ちゅう 是 ぜ 不 ふ 解析 かいせき 的 てき ,因 いん 此在这个过程的 てき 两边它是两个完全 かんぜん 不同 ふどう 的 てき 函数 かんすう 。两个相 しょう 的 てき 热力学 がく 参 まいり 数也 かずや 完全 かんぜん 不同 ふどう 。最 さい 显著的 てき 是 ぜ 热容量 りょう ,在 ざい 相 あい 变过程 ほど 中 ちゅう 热容量 りょう 可 か 以达到无穷大 だい ,从一个值跳到另一个值。
实际上 じょう 每 まい 个相与 あずか 另一个相之间总有一些相关的热力学参数非常不同。比 ひ 如固体 こたい 比 ひ 液体 えきたい 要 よう 坚固得 とく 多 た ,固体 こたい 不 ふ 像 ぞう 液体 えきたい 或 ある 气体那 な 样,它可以保持 ほじ 它的形状 けいじょう 。而液体 えきたい 则比气体的 てき 压缩性 せい 小 しょう 得 とく 多 た 。在 ざい 一 いち 个大的 てき 容器 ようき 中 ちゅう ,气体可 か 以充满整个容器 き ,而液体 えきたい 则只占 うらない 据 すえ 一 いち 小 しょう 部分 ぶぶん 。固体 こたい 、液体 えきたい 和 わ 气体之 の 间也有 ゆう 许多相 しょう 同 どう 的 てき 热力学 がく 特性 とくせい ,比 ひ 如它们的磁特性 せい 。但 ただし 一 いち 个物质的铁磁态和顺磁态之间最大 さいだい 的 てき 区 く 别就是 ぜ 它们的 てき 磁特性 せい 了 りょう 。
另一个例子 こ 是 ぜ 同素 どうそ 异形体 けいたい ,许多物 ぶつ 质在固 かた 态中可 か 以有不同 ふどう 的 てき 晶 あきら 体 からだ 结构而具有 ぐゆう 非常 ひじょう 不同 ふどう 的 てき 特性 とくせい 。钻石 和 わ 石墨 せきぼく 就是碳 的 てき 同素 どうそ 异形体 たい 。从热力学 りきがく 的 てき 角度 かくど 出 で 发它们属于不同 ふどう 的 てき 相 しょう 。
亚稳定 じょう 的 てき 状 じょう 态有时也被 ひ 看 み 作 さく 是 ぜ 相 しょう ,但 ただし 精 せい 确地说它们并非 ひ 相 しょう ,因 いん 为它们不稳定。比 ひ 如一些同素异形体只有在一定的条件下才稳定。取 と 以上 いじょう 提 ひさげ 及的碳为例 れい ,钻石只 ただ 有 ゆう 在高 ありだか 压下才 ざい 真正 しんせい 稳定。在 ざい 一般的大气压和温度下钻石会缓慢地转变为石墨。但 ただし 这个过程非常 ひじょう 缓慢,因 いん 此在常 つね 温和 おんわ 常 つね 压下钻石是 ぜ 一种亚稳定的状态。假 かり 如温度 おんど 加 か 高 だか 的 てき 话,这个转化的 てき 过程就会加 か 快 かい 。
一般人 いっぱんじん 们用相 あい 图来 らい 表示 ひょうじ 一个系统的不同相。相 あい 图的轴是相 しょう 关的热力学 がく 参 さん 数 すう 。简单的 てき 相 しょう 图的轴是压强 和 わ 温度 おんど 。根據 こんきょ 對應 たいおう 狀態 じょうたい 原理 げんり ,使用 しよう 約 やく 化 か 坐 すわ 標 しめぎ 來 らい 繪 え 製 せい ,所有 しょゆう 簡單 かんたん 物質 ぶっしつ 的 てき 相 しょう 圖 ず 應 おう 該都很類似 るいじ [ 3] :208-212 [ 註 1] 。
相 あい 图上的 てき 线被称 しょう 为“相 あい 邊 あたり 界 かい ”,这是自由 じゆう 能 のう 不 ふ 解析 かいせき 的 てき 地方 ちほう ,或 ある 者 もの 说相变发生 せい 的 てき 地方 ちほう 。而没有 ゆう 线的地方 ちほう 则是自由 じゆう 能 のう 解析 かいせき 的 てき 地方 ちほう 。这些地区 ちく 属 ぞく 于同一 いち 个相。有 ゆう 些相的 てき 相 しょう 邊 あたり 界 かい 不 ふ 是 ぜ 在 ざい 一切情况下都存在的。比 ひ 如在647K 和 わ 22.064兆 ちょう 帕斯卡 以上 いじょう 水 みず 的 てき 液 えき 态和气态无法区分 くぶん ,液 えき 态和气态的 てき 相 しょう 界 かい 在 ざい 这个点 てん 就中 なかんずく 断 だん 了 りょう 。
相 あい 是 ぜ 一种宏观现象。组成一个系统的粒子数目假如比较少的话(一般 いっぱん 少 しょう 于1000)相 しょう 的 てき 差 さ 别就消失 しょうしつ 了 りょう 。其原 そのはら 因 いん 是 ぜ 只 ただ 有 ゆう 在 ざい 大 だい 的 てき 系 けい 统中系 けい 统的自由 じゆう 能才 のうさい 开始不 ふ 解析 かいせき 。
相 そう 的 てき 另一个特性是它的万能性。不 ふ 论一个宏观系统下的微观系统是怎样组成的,它们的 てき 相 しょう 有 ゆう 非常 ひじょう 类似的 てき 特性 とくせい 。比 ひ 如铁 和 わ 冰 都 と 是 ぜ 固 かた 态的,虽然从微观结构来说冰和 わ 铁的结构非常 ひじょう 不同 ふどう ,但 ただし 它们的 てき 固 かた 态都具有 ぐゆう 类似的 てき 特性 とくせい ,比 ひ 如保持 ほじ 它们的 てき 形状 けいじょう 。
在 ざい 同 どう 一个系统中不同的相可以同时存在。一般来说它们之间有分明的边界,但 ただし 也有 やゆう 例外 れいがい ,像 ぞう 乳 ちち 浊液和 わ 膠 にかわ 體 たい 都 みやこ 是 ただし 不 ふ 互溶的 てき 二 に 相 そう 形成 けいせい 的 てき 混合 こんごう 物 ぶつ ,但 ただし 沒 ぼっ 有 ゆう 分明 ふんみょう 的 てき 邊 あたり 界 かい 。
约西亚·吉 きち 布 ぬの 斯 [ 9] [ 10] 提出 ていしゅつ 的 てき 吉 よし 布 ぬの 斯相律 りつ 如下:
F
=
C
−
P
+
n
{\displaystyle F\;=\;C\;-\;P\;+\;n}
其中,
F
{\displaystyle F}
,表示 ひょうじ 系 けい 统的自由 じゆう 度 ど ,
C
{\displaystyle C}
:系統 けいとう 的 てき 独立 どくりつ 組 ぐみ 元 もと 數 かず
P
{\displaystyle P}
:相 あい 數 すう 目 もく
n
{\displaystyle n}
:外界 がいかい 因 いん 素 もと ,多數 たすう 取 と n=2,代表 だいひょう 壓力 あつりょく 和 わ 溫度 おんど 。
若 わか 系統 けいとう 只 ただ 有 ゆう 一 いち 種 しゅ 物質 ぶっしつ ,
C
=
1
{\displaystyle C=1}
,自由 じゆう 度 ど
F
=
1
−
P
+
2
=
3
−
P
{\displaystyle F=1-P+2=3-P}
,
P
{\displaystyle P}
不 ふ 一定 いってい 為 ため 1,说明在 ざい 系 けい 统中可 か 以同时有几个相 しょう 存在 そんざい 。在 ざい 單 たん 一物质组成的系统中最多可以有三个相同时存在,但 ただし 只 ただ 有 ゆう 在 ざい 一个特定的温度和压强下才有可能三个相同时存在(
F
=
3
−
3
=
0
{\displaystyle F=3-3=0}
,表示 ひょうじ 温度 おんど 和 わ 压强都 と 是 ぜ 定 てい 值),这个点 てん 被 ひ 称 しょう 为三 さん 相 そう 点 てん .[ 11] 。两个相 しょう 开始无法区分 くぶん 的 てき 点 てん 被 ひ 称 しょう 为临界点 てん 。在 ざい 一定的温度或压强下也可能有两个相同时存在。假 かり 如一个系统由多种物质组成,那 な 么也可能 かのう 有 ゆう 更 さら 多 た 的 てき 相 しょう 同 どう 时存在 そんざい 。
^ 約 やく 化 か 坐 すわ 標 しめぎ 是 ただし 變量 へんりょう 除 じょ 以臨界 かい 變量 へんりょう ,例 れい 如,約 やく 化 か 溫度 おんど 是 ぜ 溫度 おんど 除 じょ 以臨界 かい 溫度 おんど 。[ 3] :267
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状 じょう 态低能 ていのう 量 りょう 高 こう 能 のう 量 りょう 其他物 ぶつ 态 相變 あいかわ 數量 すうりょう 概念 がいねん 列 れつ 表 ひょう