相变过程
各种催化位置等而形成晶核的过程。
2、均态核化
1）临界晶核半径r*与相变活化能ΔGr* △Gr=△GV’+△GS=V△GV+AγLS
设恒温、恒压条件下，从过冷液体中形成的新相 呈球形，球半径为r，且忽略应变能的变化，
Gr
4 3
r
3GV
4r 2 LS
位相等，化学位一阶偏导数也相等，但化学位二 阶偏导数不相等的相变。 特征：相变前后恒压热容、等温压缩系数，体膨 胀系数突变。
9.1.2 相变的条件
一、相变过程的不平衡状态及亚稳区
从热力学平衡的观点看，将物体冷却(或者加热)到 相转变温度，则会发生相转变而形成新相，从图2的单元 系统T-P相图中可以看到，OX线为气-液相平衡线(界线)； OY线为液-固相平衡线；OZ线为气—固相平衡线。当处于 A状态的气相在恒压P’冷却到B点时，达到气-液平衡温度， 开始出现液相，直到全部气相转变为液相为止，然后离 开B点进入BD段液相区。
图 3 球形核胚自由焓随半径的变化
dGr dr
8r • rls
12 3
r
2GV
0
r* 2rls GV
Gr*
16rls3
3(GV )2
时形成G临r*界为晶相3核(1变6所G活rV必l化s3)须2能克，服它的是势描垒述。相变发生
当温度为T时，液体和晶体摩尔自由焓差为 ΔG，如忽略热容的影响，ΔG=ΔHΔT/Tm，因此， 液体和晶体单位体积自由焓差，
（一）形核过程
1、晶核形成的热力学条件 均匀单相并处于稳定条件下的熔体或溶
液，一旦进入过冷却或过饱和状态，系统就具 有结晶的趋向。系统在整个相变过程中自由焓 的变化：
ΔGr=ΔGV ’ （-）+ΔGS（+） (8)
这时候存在两种情况：
（1）当热起伏较小时，形成的颗粒太小，新生 相的颗粒度愈小其饱和蒸汽压和溶解度都大，会蒸 发或溶解而消失于母相，而不能稳定存在。
设环绕临界核胚的周围的界面里，有ns个原子。
因此，成核速率I可写成：
I
nr*
• ns
•
D
n exp(
Gr* RT
) • ns
•
D0
exp(
Q RT
)
I
K0D exp(
Gr* RT
)
P
K
0
exp(
Gr* RT
)
P：受相变活化能 影响的成核率因子；
I=PD
D：受质点扩散影响 的成核率因子。
当T<Tm时
达新相-母相界面，再通过界面跃迁才能附着于新相表
ΔG =VdP
对理想气体而言
G
VdP
RT P
dP
RT
ln
P2
/
P1
当过饱和蒸汽压力为P的气相凝聚成液相或固相(其
平衡蒸汽压力为P0)时，有
ΔG=RTln P0 ／P
(5)
要使相变能自发进行，必须ΔG <0，即 P>P。，也即要使凝聚相变自发进行，系 统的饱和蒸汽压应大于平衡蒸汽压P0。 这种过饱和蒸汽压差为凝聚相变过程的 推动力。
令d（ΔGh）/dR=0，得出不均匀成核的临界半径 R* 2 LX GV
非均态核化势垒 ：
Gh*
16
3 LX
3(GV )2
(2 cos )(1 cos )2
4
Gr* f
( )
（10）
讨论：
将式(10)和式(9)比较可知，不均匀成核的相变 活化能多一个与接触角θ有关的系数f(θ)
1）当接触角θ=0(指在有液相存在时，固体被 晶体完全润湿)，cosθ=l，f(θ)=0，ΔGh*=0， 不存在核化势垒；
相变过程的浓度条件：
对溶液而言，可以用浓度C代替压力P，(5)式写成
ΔG=RTlnco／c
(6)
若是电解质溶液还要考虑电离度α ，即一个摩尔能离解出
α个离子
G RT ln c0 RT ln(1 c ) RT • c （7）
c
c
c
式中 c。—饱和溶液浓度；c—过饱和溶液浓度。
要使相变过程自发进行，应使ΔG <o，式(7)右边α，R、T，c都为正值， 要满足这一条件必须, Δc<o，即c>c。， 液相要有过饱和浓度，它们之间的差值 c—c。即为这一相变过程的推动力。
(2） （3）
ΔG=ΔH－TΔS≠0
若ΔH与 ΔS不随温度而变化，将(3)式代入上式得：
G
H
TH
/ T0
H
T0 T T0
H
T T0
(4)
G
H
TH
/ T0
H
T0 T T0
H
T T0
从上式可见，相变过程要自发进行， 必须有ΔG ＜0，则ΔHΔT／T0＜0。
讨论：
A、若相变过程放热(如凝聚过程、结晶过程等) ΔH<0，要使 ΔG<0，必须有ΔT>0，ΔT=T0-T>0，即T0>T，这表明在该过程 中系统必须“过冷却”，或者说系统实际相变温度比理论相 变温度还要低，才能使相变过程自发进行。
D0、Q可认为是不随温度而改变的常数，因此，D随温 度T上升而上升。即T<Tm时，T↑，D↑。
当T<Tm时
P
K0
exp(
Gr* ) RT
K 0对P影响较小
Gr*
1 (T )2
即T<Tm时，T↑，ΔT↓，P↓。
因此，P～T，D～T关系如图所示。从图中可见， 曲线P随T增加而下降，温度增加，相变活化能 增大，对晶核形成不利；而曲线D随T增加而增 加，温度升高，扩散速度加快，对晶核的形成 有利。这两个因素在同时影响着晶核形成速率。 因此I～T曲线(如图所示)必然出现一个最大值， 在低温阶段，扩散控制了晶核形成过程，故曲 线上升；在高温阶段，相变势垒控制了过程， 故曲线下降。
成核速率I=单位体积液体中临界核胚数 ×与临界尺寸的核相接触的原子数×单个原子 与临界尺寸的核相撞而附于其上的频率。
单位体积液体中的临界核胚的数目：
nr*
n exp(
Gr* RT
)
式中n一单位体积中原子或分子数目
单位时间单个原子跃迁到临界核胚表面的频率：
D
D0
exp(
Q RT
)
式中a为常数：原子在核胚方向振动的频率；
按热力学函数 的变化分
固-固相变； 固-液相变； 固-气相变； 液-气相变
一级相变
二级相变
重点！
什么是一级相变？什么是二级相变？
一级相变：在临界温度、临界压力时，两相化
学位相等，但化学位一阶偏导数不相等的相变。 特征：相变前后自由焓、熵及体积突变。 二级相变：在临界温度、临界压力时，两相化学
由此得出：
(1)亚稳区具有不平衡状态的特征，是物相在理论上不 能稳定存在，而实际上却能稳定存在的区域；
(2)在亚稳区内，物系不能自发产生新相，要产生新相， 必然要越过亚稳区，这就是过冷却的原因；
(3)在亚稳区内虽然不能自发产生新相，但是当有外来 杂质存在时，或在外界能量影响下，也有可能在亚稳 区内形成新相，此时使亚稳区缩小。
3、非均态成
多数相变是不均匀成核，即成核在异相的 容，器界面、异体物质(杂质颗粒)上、内部气 泡等处进行。如图所示，核是在和液体相接触 的固体界面上生成的。这种促进成核的固体表 面是通过表面能的作用使成核的势垒减少的。 成核前后系统的自由能的变化为：
ΔGh=ΔGV ’ （-）+ΔGS（+）
液体-固体界面非均态核的生成
B、若相变过程吸热(如蒸发、熔融等) ΔH>0，要满足ΔG<0 这一条件则必须ΔT<0，即T0 <T，这表明系统要发生相变过 程必须“过热”。
结论：相变驱动力可以表示为过冷度(过热度)的函数，因此 相平衡理论温度与系统实际温度之差即为该相变过程的推动 力。
2．相变过程的压力条件：
从热力学知道，在恒温可逆不作有用功时：
2）△Gr*是描述相变发生时形成临界晶核所 必须克服的势垒，这一数值越低，成核过程越容易， 故用于判断相变进行的难易。
2）均态核化速率I
成核过程：就是熔体中一个个原子加到 临界核胚上，临界核胚就能成长为晶核。
核化速率：表示单位时间内单位体积的 液相中生成的晶核数目，用I表示。
核的生成速率取决于：单位体积液体中 的临界核胚的数目（nr*）以及原子加到核胚上 的速率（即单位时间到达核胚表面的原子数q） 及与临界核胚相接触的原子数（ns）。
式中：ρ和MG分V 别 为M 新G相密M度和HT摩mT尔质量。
Gr*
16
3 LS
3(GV )2
3(
16
3 LS
HT )2
M Tm
忽略γLS与温度的关系，则ΔGr*与温度的关系可 简写为，
Gr*
1 (T )2
温度T越高，ΔT越小， ΔGr*越大，对成核 不利。
小结：
1）不是所有瞬间出现的新相区都能稳定存在 和长大的。颗粒半径比r*小的核胚是不稳定的，因 为它尺寸小导致自由焓的降低；只有颗粒半径大于 r*的核胚才是稳定的，因为晶核的长大导致自由焓 的减小。
Why?
二、相变过程推动力
相变过程的推动力是相变过程前后自由焓的 差值
ΔGT.P≤0
过程自发进行 过程自发达到平衡
1．相变过程的温度条件(重点！）
由热力学可知在等温等压下有
ΔG=ΔH-TΔS
（1）
在平衡条件下ΔG=0则有： ΔH-T0ΔS=0 ΔS=ΔH/T0
若在任意一温度T的不平衡条件下，则有
相变过程的推动力是？
应为过冷度(过热度），过饱和浓度，过 饱和蒸汽压，即系统温度、浓度和压力 与相平衡时温度、浓度和压力之差值。
物理化学相变过程熵变
s
dT
fus
H o-m
0K T
Tf
Tb
C
o-p ,m
(
l
) dT
vap
H
o-m
Tf
T
Tb
T
C
o-p ,m
(
g
) dT
Tb
T
pg g
S
o-m
T
4.标准摩尔反应熵的计算
r Sm（ T） B Sm（ B）
B
10
5.标准摩尔反应熵随温度的变化
例:分别计算298K和423K时甲醇合成反应的标准摩尔反应熵,
熵是度量系统无序度的函数
6
1. Nernst（1906）热定理
凝聚系统在恒温过程中的熵变，随温度趋于 0 K 而趋于零
lim T S 0（凝聚系统）
T 0 K
对于任意反应 A＋B→AB
在0K时 ΔrS(0K)=SAB(0K) －SA(0K) － SB(0K)=0 在温度为T时
r ST S AB T S A T SB T
423K,100kPa
423K,100kPa
r Sm 423K S1 S2 r Sm 298K S1
S 2
S1 S2
C 423K r p ,m
dT
CO(g)+2H2(g)
r
S
m
298K
CH3OH(g)
T 298 K
298K,100kPa
298K,100kPa
r
S
m
T
r
Q T
r
2、对于可逆过程，利用各种基础热力学数据计算其热温商
3、对于不可逆过程，则须在始末态之间设计一条可逆途径
相变过程
态的单质生成1mol指定相态的物质B时所对应的焓变，称为物质B的
标准摩尔生成焓，用符号
f
H
m
表示
②注意点
★单质的稳定相态： O2、N2、H2 气态
Br2 液态
C 石墨
S 正交硫
推论：稳定相态单质的标准摩尔生成焓为零 其它物质的标准摩尔生成焓都是基于该结论的相对值
★标准摩尔生成焓是由特定条件下特殊反应的焓变定义出的物质的 特性参数 P.311 附录九 金刚石
有生命就会有希望，有信心就会有
8
成功，有思索就会有思路，有努力
§2.8 化学反应热
• 8.3 标准摩尔生成焓与标准摩尔燃烧焓
（2）由物质的标准摩尔生成焓计算反应的标准摩尔反应焓 化学反应有一个共同的特征，即始态反应物与终态产物含有相同种 类和数量的元素。基于这样一个物质不灭定律，我们可以各种物质 的标准摩尔生成焓来计算化学反应的标准摩尔反应焓
试计算25.0℃时乙醇的ΔvapHm。乙醇蒸气可视作理想气体
已知： 25.0℃乙醇的饱和蒸气压约为9.47×103Pa， C2H5OH(l)和
解题 ：
C2H5OH(g)的Cp,m分别为111.46J﹒K-1﹒mol-1和78.15J﹒K-1﹒mol-1
C2H5OH(l) n =1mol
ΔH=nΔvapHm(T2)
成功B，有思索就会有思路，有努力
• 8.2 标准摩尔反应焓
（1）标准态
T 温度下纯物质的标准态：
纯固体—压力为100kPa的纯固体 纯液体—压力为100kPa的纯液体 纯气体—压力为100kPa的纯理想气体
100kPa：又称标 准压力，用符号
pθ表示
（2）标准摩尔反应焓
参加反应的各组分都处在T 温度时的标准态下，发生1mol反
第九章 相变过程
第九章相变过程相变过程是物质从一个相转变为另一个相的过程。
一般相变前后相的化学组成不变，因而相变是个物理过程不涉及化学反应。
从狭义讲，相变仅限于同组成的两相之间的结构变化；但广义概念，相变应包括过程前后相组成发生变化的情况。
第一节相变的热力学分类一.一级相变热力学特点：1.相变时，两相的自由焓相等（即G1=G2，dG=0）。
∵G = U+pV-TSdG = dU+pdV+Vdp-TdS-SdT = 0假设是可逆过程且只做体积功，由热力学第一定律，内能增量为dU = TdS-pdV∴dG = TdS-pdV+pdV+Vdp-TdS-SdT∴dG = Vdp-SdT2.相变的时候，两相的自由焓一阶导数不连续。
恒压条件下，自由焓对温度求导，（∂G1/∂T）P≠(∂G2/∂T)P而恒压下，（∂G/∂T）=-S∴S1≠S2∴两相的熵发生不连续的变化（即没有相变潜热）。
温度T一定时，（∂G1/∂p）T≠(∂G2/∂p)T而温度T一定时，（∂G/∂p）=V∴V1≠V2∴有体积效应所以，相变时，有相变潜热，有体积效应。
二. 二级相变热力学特点：1.两相的自由焓相等。
2.两相自由焓的一阶导数是连续的（即相变时，没有相变潜热，没有体积效应）。
3.自由焓的二阶导数不连续。
P一定时，（∂2G/∂T2）P=-(∂S/∂T)P=-(C p/T),即二级相变时，C p1≠C p2，也就是两相的热容不等。
T一定时，（∂2G/∂p2）T=(∂V/∂p)T=(1/V)*(∂V/∂p)T*V,而K=(1/V)*(∂V/∂p)TK为等温压缩系数，所以K1≠K2；即二级相变时，两相的等温压缩系数是变化的。
（∂2G/∂p*∂T）=(∂V/∂T)p=(1/V)*(∂V/∂T)p*V,而α=(1/V)*(∂V/∂T)p 为等压 热膨胀系数，所以α1≠α2；即二级相变时，两相的等压热膨胀系数是变化的。
第二节 液——固相变（熔体结晶）一.核化均匀熔体实际上必须冷却到比熔点更低的一个温度才开始析晶。
第九章相变过程
第九章相变过程相变过程是物质从一个相转变为另一个相的过程。
一般相变前后相的化学组成不变，因而相变是个物理过程不涉及化学反应。
从狭义讲，相变仅限于同组成的两相之间的结构变化；但广义概念，相变应包括过程前后相组成发生变化的情况。
第一节相变的热力学分类一.一级相变热力学特点：1.相变时，两相的自由焓相等（即G1=G2，dG=0）。
∵G = U+pV-TSdG = dU+pdV+Vdp-TdS-SdT = 0假设是可逆过程且只做体积功，由热力学第一定律，内能增量为dU = TdS-pdV∴dG = T dS-pdV+pdV+Vdp-TdS-SdT∴dG = Vdp-SdT2.相变的时候，两相的自由焓一阶导数不连续。
恒压条件下，自由焓对温度求导，（∂G1/∂T）P≠(∂G2/∂T)P而恒压下，（∂G/∂T）=-S∴S1≠S2∴两相的熵发生不连续的变化（即没有相变潜热）。
温度T一定时，（∂G1/∂p）T≠(∂G2/∂p)T而温度T一定时，（∂G/∂p）=V∴V1≠V2∴有体积效应所以，相变时，有相变潜热，有体积效应。
二. 二级相变热力学特点：1.两相的自由焓相等。
2.两相自由焓的一阶导数是连续的（即相变时，没有相变潜热，没有体积效应）。
3.自由焓的二阶导数不连续。
P一定时，（∂2G/∂T2）P=-(∂S/∂T)P=-(C p/T),即二级相变时，C p1≠C p2，也就是两相的热容不等。
T一定时，（∂2G/∂p2）T=(∂V/∂p)T=(1/V)*(∂V/∂p)T*V,而K=(1/V)*(∂V/∂p)TK为等温压缩系数，所以K1≠K2；即二级相变时，两相的等温压缩系数是变化的。
（∂2G/∂p*∂T）=(∂V/∂T)p=(1/V)*(∂V/∂T)p*V,而α=(1/V)*(∂V/∂T)p为等压热膨胀系数，所以α1≠α2；即二级相变时，两相的等压热膨胀系数是变化的。
第二节液——固相变（熔体结晶）一.核化均匀熔体实际上必须冷却到比熔点更低的一个温度才开始析晶。
8相变过程
马氏体转变特点：
1）相变前后存在习 性平面和晶面定向 关系。
2）快速。可达声速
3）无扩散
4）无特定温度：
四、按成核特点分类（略）
温度段。
均质转变：发生在单一均质中。
非均质转变：有相界面存在。
五、按成分、结构的变化分（略）
u
B
HT RT02
u T ,即说明在高温阶段，T ，u 。
b. 当T<<T0，则G>>RT,此时 u B
此时，生长速率达极大值，一般约在10-5cm/s范围。
上图是GeO2晶体生长速率和过冷度的关系。
可见生长速度随过冷度的增加先增大后减小，具有峰值。这是由于 高温段主要有液相变成晶相的速率控制，增大过冷度对该过程有利； 在低温段由扩散控制，低温对扩散不利，所以生长速度减慢。
重构式转变
位移式转变
§8－2 成核与生长的机理
一、析晶相变过程的热力学
相变过程的不平衡状态及亚稳区
Tg
A BX
C
O
L
D
E
Z
V
s
P/
P
说明：阴影区为亚稳区
结论 a、亚稳区具有不平衡状态。 b、在亚稳区要产生新相必须
过冷。 c、当加入杂质，可在亚稳区
形成新相，此时亚稳区 缩小。
原因：当发生相变时，是以微小液滴或晶粒出现，由于颗粒很小， 因此其饱和蒸汽压和溶解度>>平面态蒸汽压和溶解度，在相平衡温 度下，这些微粒还未达到饱和而重新蒸发和溶解。
广义相变：包括过程前后相组成的变化。
g L (凝聚、蒸发) g S (凝聚、升华) L S (结晶、熔融、溶解) S1 S2 (晶型转变、有序-无序转变) L1 L2 (液体) A＋BC 亚稳分相 (Spinodal分相)
相变过程
2) 原子迁移的几率与方向无关，扩散是统计 的结果；
3) 组分的净统计流动是从高浓度向低浓度。
实际固体中的情况会有所不同，如不同原 子间的力不一样，原子间力和局部弹性应 变的存在意味着原子迁移几率随方向变化， 而扩散也不一定与浓度梯度一致，有可能 反向等
exp[(-H Vo/3+H*)/RT] 有C及a时氧O，，分有氧 压：空 无[位 关Vo浓 ，]度故=[由有Ca杂：Zr质]，决此定时，，如[VZorO]2就中与添温加度
Dr=a020[CaZr]exp(S*/R)exp(-H*/RT)； 即扩散活化能Q=H*，只包含空位迁移能。
对材料学家：相变意味着成核、生长、 Martensitic相变、三T图、组分过冷与共晶
凝固等
2001年6月
固体化学------相变过程
相变行为主要有：
从一种结构变化为另一种结构： 气-固、气-液、液-固、固-固等；
化学成分的不连续变化： 固溶体的脱溶分解 溶液的脱溶沉淀
某种物理性质的突变： 金属-非金属转变 液态-玻璃态转变 正常导体-超导体转变 顺磁体-铁磁体转变
2001年6月
固体化学------相变过程
一、固体中的扩散
扩散理论是材料科学的基础理论之一，固相反应、 烧结、析晶、分相及其它相变等动力学过程都与 扩散有关。
扩散一般定义：由于原子的热运动，物质从系统 某一部分迁移到另一部分的现象，也是体系由非 均态的不平衡状态向均态的平衡状态转化而引起 的粒子迁移现象。
2001年6月
固体化学------相变过程
相变理论要解决的主要问题：
相变为何发生？ 属于热力学问题
相变过程
第九章相变过程内容提要在一定条件（温度、压力或特定的外场等）下，物质将以一种与外界条件相适应的聚集状态或结构形式存在，这种形式就是相。
相变是指在外界条件发生变化的过程中，物相于某一特定的条件下（或临界值时）发生突变。
突变可以体现为：（1）从一种结构变化为另一种结构，例如气相、液相和固相间的相互转变，或在固相中不同晶体结构或聚集状态之间的转变；（2）化学成分的不连续变化，例如固溶体的脱溶分解或溶液的脱溶沉淀；（3）某些物理性质突变，如顺磁体－铁磁体转变，顺电体－铁电体转变，正常导体－超导体转变等，反映了某一种长程有序相的出现或消失；又如金属－非金属转变，液态－玻璃态转变等，则对应于构成物相的某一种粒子（电子或原子）在两种明显不同的状态（如扩展态与局域态）之间的转变。
上述三种变化可以单独地出现，也可以两种或三种变化兼而有之。
如脱溶沉淀往往是结构与成分的变化同时发生，铁电相变则总是和结构相变耦合在一起的，而铁磁相的沉淀析出则兼备三种变化。
相变在无机材料领域中十分重要。
例如陶瓷、耐火材料的烧成和重结晶，或引入矿化剂控制其晶型转化；玻璃中防止失透或控制结晶来制造各种微晶玻璃；单晶、多晶和晶须中采用的液相或气相外延生长；瓷釉、搪瓷和各种复合材料的熔融和析晶；以及新型铁电材料中由自发极化产生的压电、热释电、电光效应等都可归之为相变过程。
相变过程中涉及的基本理论对获得特定性能的材料和制订合理工艺过程极为重要，目前已成为研究无机材料的重要课题。
相变理论要解决的问题是：（1）相变为何会发生？（2）相变是如何进行的?前一个问题的热力学答案是明确的，但不足以解决具体问题，有待于微观理论将一些参量计算出来。
后一个问题的处理则涉及物理动力学（physical kinetics）、晶格动力学、各向异性的弹性力学，乃至于远离平衡态的形态发生（morphogenesis）。
这方面的理论还处于从定性或半定量阶段向定量阶段过渡的状态。
第9章 相变过程
中南大学 资源加工与生物工程学院 宋晓岚
>0时，对于微小组成的 成核-生长机理 —— 当G ‘’ ‘’>0 起伏ΔC将使系统自由焓增大，母相稳定；对于大的组 成起伏ΔC才能使自由焓下降，母相不稳定，从而引起 分相，相当于存在成核势垒。 分相区域：称为 亚稳区（N区）。 分相区域： 分相结构：呈分散的孤立滴状 自由焓-组成曲线特征：曲线向 上凹，存在极小值。 组成曲线特征 上凹
第9章 相变过程 —— 9.3 成核-生长相变
中南大学 资源加工与生物工程学院 宋晓岚
OX：气－液相平衡线； OY：液－固相平衡线 OZ：气－固相平衡线。 实际上，由 A降温到B或D相变 温度时，系统并不会自发产生相 变和形成新相，而要冷却到更低 温度，如C（气－液）和 E（液－ 固）点时才能发生相变，即凝聚 成液相或析出固相。
不稳分解机理 —— 当G''<0时，极小的浓度起伏也会 使系统自由能降低，使起伏直接长大为新相，分相过程 没有热力学能垒。 分相区域：系统对微小组成的波动都是不稳的，即母 分相区域： 相不稳定而分解后稳定，故称为 不稳区（S区）。 区） 分相结构：呈 分相结构： 连通结构 。 自由焓－组成曲线特征：曲线向 上凸，存在极大值。 自由焓－组成曲线特征： 上凸
第9章 相变过程 —— 9.2 相变分类
中南大学 资源加工与生物工程学院 宋晓岚
3. 高级相变 在临界温度，临界压力时，自由焓的一阶、 二阶偏导数相等，而三阶偏导数不相等的相 变成为三级相变。 三级相变 实例：量子统计爱因斯坦玻色凝结现象为 三级相变。
第9章 相变过程 —— 9.2 相变分类
中南大学 资源加工与生物工程学院 宋晓岚
第9章 相变过程 —— 9.2 相变分类
物态变化和相变规律
物态变化和相变规律物质在不同的条件下，会发生相应的物态变化，如固体、液体和气体之间的相互转变。
这些物态变化是由一系列相变规律所控制和决定的。
本文将详细介绍物态变化和相变规律的相关知识。
一、固体到液体的相变规律固体到液体的相变称为熔化，也就是物质从固态转变为液态的过程。
这个过程中，物质的分子或离子通过热运动获得足够的能量，使得其相互之间的排列结构发生改变。
固体熔化的温度称为熔点。
在常压下，固体的熔点和液体的沸点是恒定的。
相变过程中，物质吸收的热量等于熔解时释放的热量，即熔解热。
不同物质的熔解热各不相同，熔解热可以通过实验测定获得。
二、液体到气体的相变规律液体到气体的相变称为汽化，也就是物质从液态转变为气态的过程。
当液体获得足够的热量时，其中的分子或离子速度增加，能够克服表面张力和吸引力，从而从液体跃入气体状态。
液体的汽化速率受到温度、压力和液体表面积的影响。
在恒定的温度下，增加液体的压强可以增加汽化速率。
而在恒定的压强下，增加液体的温度也可以增加汽化速率。
液体汽化过程中，吸收的热量称为汽化热。
三、气体到液体的相变规律气体到液体的相变称为液化，也就是物质从气态转变为液态的过程。
当气体失去足够的热量时，其中的分子或离子速度减慢，无法克服吸引力和表面张力，在气体之间形成液滴。
液化的温度称为气体的沸点。
液化过程是气体凝聚成液体的过程，液化过程中释放的热量称为液化热。
四、固体到气体的相变规律固体到气体的相变称为升华，也就是物质从固态直接转变为气态的过程。
当固体吸收足够的热量时，其中的分子或离子直接从固态跃入气态，无需经过液态的中间步骤。
固体升华过程中吸收的热量称为升华热。
相比于熔解和液化过程，升华过程对应的温度较低。
总结起来，物态变化是物质在温度、压力等条件下发生的相变过程。
固体熔化为液体，液体汽化为气体，气体液化为液体，固体升华为气体。
这些相变过程需要吸收或释放热量，同时受到温度和压力的影响。
掌握物态变化和相变规律的知识，对于理解物质的性质和应用具有重要意义。
相变动力学过程
第一节 相变的热力学分类
3、高级相变
在临界温度，临界压力时，一阶，二阶偏导数相等， 而三阶偏导数不相等的相变成为三级相变。 实例：量子统计爱因斯坦玻色凝结现象为三级相变。 依次类推，自由焓的n-1阶偏导连续，n阶偏导不连 续时称为高级相变。二级以上的相变称为高级相变， 一般高级相变很少，大多数相变为低级相变。
第一节 相变的热力学分类 五、有序-无序转变
有序-无序转变是固体相变的又一种机理。在理想晶体中， 原子周期性的排列在规则的位臵上，这种情况称为完全 有序。然而固体除了在0K的温度下可能完全有序外，在 高于0K的温度下，质点热振动使其位臵与方向均发生变 化，从而产生位臵与方向的无序性。在许多合金与固溶 体中，在高温时原子排列呈无序状态，而在低温时则呈 有序状态，这种随温度升降而出现低温有序和高温无序 的可逆转变过程称为有序无序转变。
对溶液而言，可以用浓度c代替压力P， 式△G=RTlnP0/P写成△G=RTlnc0/c 若是电解质溶液还要考虑电离度a, 即一个摩尔能离解出a个 离子 c c c G RTln 0 RT (1 ) RT c c c 式中 c0——饱和溶液浓度；c——过饱和溶液浓度。 要使相变过程自发进行，应使△G<0, 式（A）右边α 、R、T、 c都为正值，要满足这一条件必须△c<0, 即c>c0, 液相要有过 饱和浓度，它们之间的差值c- c0.即为这相变过程的推动力。
第一节 相变的热力学分类
一、按热力学分类：
一级相变、二级相变和高级相变
1、一级相变
体系由一相变为另一相时，如两相的化学势 相等，但化学势的一级偏微商（一级导数） 不相等的相变称为一级相变，即： μ 1=μ 2, ( μ 1/ T)P≠( μ 2/ T)P, ( μ 1/ P)T≠( μ 2/ P)T