相变内容提要本章详细介绍了各种相变发生的热力学条件
热力学中的相变现象
热力学中的相变现象相变是物质在某些条件下由一种物态转变为另一种物态的过程。
在热力学中，相变是一个极其重要的概念，它涉及到热力学中的一些重要的基本概念和定律，如熵、热容、热力学势等，同时也与工业生产和自然界中的许多现象有着紧密的联系。
本文将介绍热力学中的相变现象及其相关概念。
一、相变的定义相变是指物质由一种物态转变为另一种物态的过程。
在物理学中，物质的物态包括固态、液态、气态等，根据物态的变化，相变可分为凝固、液化和汽化。
例如，在水分子的运动和相互作用下，若把水温度降到0℃以下，水分子将逐渐停止运动，逐渐形成结晶，此时水从液态向固态发生凝固相变。
二、热力学中相变的基本概念在热力学中，相变的基本概念主要包括焓、熵和自由能等。
1、焓焓是热力学中一个非常基本的概念，用符号 H 表示，表示物质在一定压力下的热能与能量之和。
焓是热交换的重要量度标准，其在相变过程中的改变，可以用于计算相变的热力学参数。
2、熵熵是热力学中另一个重要的基本概念，用符号 S 表示，代表系统的无序程度和随机程度。
熵的增加表示系统的无序度增加，表示物质状态的不稳定性增强，而相变就是物质状态的变化，所以相变与熵的变化密切相关。
3、自由能自由能是另一个热力学中非常基本的概念，用符号 F 表示，它是系统在一定温度、压力条件下对外界发生功的极小值。
在相变前后，自由能的变化量可以用来判定热力学稳定性变化，这是热力学中非常重要的应用。
三、相变中的热力学定律在热力学中，有几个基本的定律能够很好地描述相变现象，它们是：1、热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律，它是指：一个系统中的能量总和不会发生减少或增加。
在相变过程中，系统由于热量的吸收和释放使能量的转换发生变化，但它的总量却不会改变。
因此，相变过程中能量的转移可以通过热力学第一定律来计算。
2、热力学第二定律热力学第二定律是描述物质熵增加方向的定律，它表明任何一个孤立的系统都趋向于熵增加的方向发展。
相变与热力学过程的描述
相变与热力学过程的描述热力学是一门研究能量转化和传递的学科，而相变是热力学中一个重要的概念。
相变是指物质在一定条件下由一种物态转变为另一种物态的过程。
在这个过程中，物质的性质会发生显著的变化，例如固体变为液体、液体变为气体等。
本文将从分子层面和宏观层面分别描述相变与热力学过程，并探讨它们的关系。
从分子层面来看，相变是由于分子之间的相互作用力的变化而引起的。
在固体中，分子之间的相互作用力较强，分子排列有序，振动范围较小。
当固体受到外界的加热或加压作用时，分子的振动范围增大，相互作用力减弱，固体开始熔化成液体。
在液体中，分子之间的相互作用力较弱，分子排列无序，可以自由运动。
当液体受到外界的降温或减压作用时，分子的运动范围减小，相互作用力增强，液体开始凝固成固体。
相变的发生与分子之间的相互作用力的变化密切相关。
在宏观层面上，相变是由于物质的热力学性质的变化而引起的。
热力学性质包括温度、压力和物质的热容等。
当物质受到外界的加热时，温度升高，物质的热容增大，分子的平均动能增加。
当物质的平均动能达到一定程度时，相变开始发生。
例如，当固体受到加热时，温度升高，固体的热容增大，固体开始熔化成液体。
相变的发生与物质的热力学性质的变化密切相关。
热力学过程是指物质在能量转化和传递过程中所遵循的规律。
热力学过程可以分为准静态过程和非准静态过程。
准静态过程是指物质在无限缓慢的过程中进行能量转化和传递，系统始终处于平衡状态。
在准静态过程中，物质的温度、压力等热力学性质都可以被精确测量和计算。
非准静态过程是指物质在短时间内进行能量转化和传递，系统无法达到平衡状态。
在非准静态过程中，物质的温度、压力等热力学性质难以准确测量和计算。
相变与热力学过程有着密切的关系。
在相变过程中，物质的热力学性质发生变化，例如固体熔化成液体时，物质的热容增大。
相变过程可以看作是一种特殊的热力学过程，它在一定条件下发生，且具有明确的起点和终点。
相变过程可以通过热力学的方法进行描述和分析，例如可以计算相变的温度、压力等参数。
化学十八物质的相变与热力学分析
化学十八物质的相变与热力学分析相变是物质在一定条件下由一种状态转变为另一种状态的过程。
化学中，我们常见的相变有固态到液态的熔化、液态到气态的汽化、气态到液态的凝华、液态到固态的凝固等。
这些相变背后的热力学性质对于我们理解物质行为以及应用研究具有重要意义。
本文将对18种常见物质的相变进行热力学分析。
1. 水（H2O）水的相变表现出了许多特殊性质。
在常压下，0℃处水从液态转变为固态，称为结冰；100℃处水由液态转变为气态，称为沸腾。
水的相变分别对应着凝固潜热和汽化潜热，其数值分别为334焦耳/克和2260焦耳/克。
2. 铁（Fe）铁的相变点位于1535℃，称为铁的熔点。
在熔点以下，铁属于固态；在熔点以上，铁转变为液态，即熔化。
铁的固态到液态的相变所吸收的能量称为熔化潜热。
3. 氧气（O2）在常温常压下，氧气处于气态。
氧气的凝固点为-218.79℃，在该温度下由气态转变为固态。
氧气的凝固潜热为222焦耳/克。
4. 硫酸（H2SO4）为固态。
硫酸的凝固潜热为512焦耳/克。
5. 汞（Hg）汞是唯一一个常温常压下为液态的金属元素。
其固态到液态的相变称为熔化，熔点为-38.83℃。
汞的熔化潜热为11.26焦耳/克。
6. 氨（NH3）氨在常温常压下为气态。
其临界温度为132.4℃，当温度超过该值时，氨转变为液态。
氨的气态到液态的相变称为凝结，其凝结潜热为582焦耳/克。
7. 氯气（Cl2）氯气在常温常压下为气态。
其凝结点为-101.5℃，即氯气由气态转变为固态。
氯气的凝结潜热为188焦耳/克。
8. 二氧化碳（CO2）二氧化碳在常温常压下为气态。
其凝结点为-78.5℃，当温度低于该值时，二氧化碳由气态转变为固态。
二氧化碳的凝结潜热为25.2焦耳/克。
9. 苯（C6H6）苯在常温常压下为液态。
其熔点为 5.5℃，即苯从液态转变为固态。
苯的凝固潜热为34.7焦耳/克。
10. 乙醇（C2H5OH）为固态。
乙醇的凝固潜热为110焦耳/克。
相变与相变热固体液体与气体的相变过程
相变与相变热固体液体与气体的相变过程相变与相变热——固体、液体与气体的相变过程相变是物质由一种物态转变为另一种物态的过程，包括固体到液体的熔化、液体到气体的沸腾、固体到气体的升华等。
在相变过程中，伴随着能量的吸收或释放，这个过程中吸收或释放的能量称为相变热。
本文将介绍固体、液体和气体的相变过程以及相变热的性质和影响因素。
一、固体到液体的相变当固体加热到一定温度时，固体分子的热运动速度增加，克服了分子间的吸引力，使得固体变成液体。
这个过程称为熔化。
在熔化的过程中，固体吸收了一定的热量，固体的温度停留在熔点上，将热量转化为内能来克服分子间的吸引力。
相变热是指单位质量的物质从固态到液态的熔化所吸收的热量。
相变热的大小取决于物质的性质和质量。
对于晶体物质来说，相变热是固定值，是与物质的种类有关的物性常数，通常用J/g或cal/g表示。
不同物质的相变热在数量上有很大差异，例如水的熔化热为334J/g，而铁的熔化热则为257 J/g。
二、液体到气体的相变液体加热到一定温度时，部分液体分子具有较高的能量，克服了液体表面的吸引力，从而脱离液面转变为气体。
这个过程称为沸腾。
在沸腾的过程中，液体吸收了大量的热量，用于克服液体间的分子间吸引力和将分子从液面送入气相。
相变热的大小取决于物质的性质和液体与气体之间的温度差。
在常压下，沸腾温度是固定的。
不同物质的沸腾温度也存在差异，例如水的沸腾点为100摄氏度，而乙醇的沸腾点则为78.3摄氏度。
三、固体到气体的相变除了固体到液体的熔化和液体到气体的沸腾，物质还存在着固体直接转变为气体的相变过程，这个过程称为升华。
在常温下，某些物质具有较大的蒸气压，当外界压强小于或等于物质的蒸气压时，物质的表面分子就能直接转移到气态而不经过液态。
在这个过程中，固体会吸收大量的热量，固体的温度停留在升华温度上，将热量转化为内能来克服分子间的吸引力。
相变热的大小同样取决于物质的性质和质量。
相对于熔化和沸腾，升华过程中的相变热一般较大，且与物质的种类有关。
相变知识点总结
相变知识点总结一、相变的基本概念相变是指物质在一定条件下由一种物态转变为另一种物态的过程。
在常见的物质中，我们可以观察到凝固、熔化、汽化和凝结等相变现象。
从微观的角度来看，相变是由于物质微观结构发生改变所引起的。
在相变过程中，物质的分子和原子之间发生重新排列，从而导致了物质性质的改变。
1. 凝固：当物质从液态转变为固态时，称为凝固。
在凝固的过程中，物质的分子或原子重新排列成规则的晶体结构，形成了固体的状态。
例如，水在温度低于0℃时会凝固成冰。
2. 熔化：当物质从固态转变为液态时，称为熔化。
在熔化的过程中，物质的分子或原子逐渐失去有序排列，形成了液体的状态。
例如，冰在温度高于0℃时会熔化成水。
3. 蒸发：当物质从液态转变为气态时，称为蒸发。
在蒸发的过程中，液体表面的分子会获得足够的能量，从而克服表面吸附力，逸出液体表面成为气体。
例如，水在加热的过程中会发生蒸发。
4. 凝结：当物质从气态转变为液态时，称为凝结。
在凝结的过程中，气体中的分子会失去足够的能量，从而聚集在一起形成液滴。
例如，水蒸气在冷却的过程中会凝结成水滴。
二、相变的特点相变具有以下几个特点：1. 温度不变：在相变的过程中，物质的温度不发生变化。
这是因为相变过程中，吸收的热量用于克服分子间的相互作用力，而不是用于提高温度。
因此，相变过程中的温度保持不变。
2. 热量变化：相变过程中，物质吸收或释放的热量称为相变潜热。
相变潜热是使单位质量物质发生相变所需要的热量。
凝固和凝结过程中，物质释放热量；熔化和蒸发过程中，物质吸收热量。
3. 对外界压力的依赖性：相变的过程受外界压力的影响。
一般来说，增加外界压力会使物质的凝固点和熔化点升高，蒸发点和凝结点降低。
这是因为在高压下，分子活动受到限制，所以相变需要更高的温度或更低的温度才能发生。
三、相变的图像表示相变的过程可以用相变图来表示，相变图是表示物质在不同温度和压力条件下的各种物态之间的转变关系的图表。
热力学中的相变与相变热
热力学中的相变与相变热热力学是研究能量转化和传递的科学，其中相变是热力学中一个重要的概念。
相变是物质在一定条件下由一种相转变为另一种相的过程，它在自然界和工业生产中都具有重要的意义。
本文将探讨热力学中的相变及其相关的相变热。
一、相变的概念相变指的是物质由一个物态转化为另一个物态的过程。
在热力学中，物质存在三种基本物态，即固体、液体和气体。
当物质从一个物态转变为另一个物态时，它的宏观性质会发生显著的改变，如密度、形状、颜色等。
相变可以分为两种类型：一种是一级相变，又称为相变跃迁；另一种是二级相变，又称为连续相变。
一级相变发生时，物质在相变过程中会吸收或释放大量的热量，如水从固态转变为液态时吸收的热量就是相变热。
而二级相变则不伴随相变热的吸收或释放。
二、相变的特性相变具有以下几个基本特性：1. 温度和压力：相变是由温度和压力决定的，在一定的温度和压力条件下物质才会发生相变。
例如，水在常压下的沸点是100摄氏度，达到这个温度时水会从液态转变为气态。
2. 热交换：相变过程中会发生热交换，即物质吸收或释放热量。
相变时吸收的热量称为相变潜热，它与物质的性质有关。
相变潜热是在温度和压力不变的情况下，单位质量的物质从一个物态转变为另一个物态时所吸收或释放的热量。
3. 能量守恒：在相变发生时，能量守恒定律依然成立。
即物质由一个物态转变为另一个物态时，系统的能量总量不会改变，只是能量的形式发生了改变。
三、相变热相变热指的是物质在相变过程中吸收或释放的热量。
相变热是相变过程中特有的热量变化，它与物质的性质、温度和压力有关。
1. 相变热的计算相变热的计算需要考虑物质的质量或摩尔数。
如果考虑质量，那么相变热的计算公式为：相变热 = 吸收或释放的热量 / 物质的质量如果考虑摩尔数，那么相变热的计算公式为：相变热 = 吸收或释放的热量 / 物质的摩尔数2. 相变热的应用相变热在实际生活和工业生产中有广泛的应用。
例如，水的凝固热和汽化热在冷却和加热过程中发挥重要的作用。
热力学中的相变现象
热力学中的相变现象热力学是研究能量转化和过程的科学，而相变现象则是热力学中的重要概念之一。
相变指的是物质由一种相态转变为另一种相态的过程，例如液化、固化和气化等。
在本文中，我们将探讨热力学中的相变现象及其背后的原理。
一、相变的定义与分类相变是物质在一定条件下由一种状态转变为另一种状态的过程。
根据物质的性质和转变的条件，相变可以分为凝固、熔化和汽化三种基本类型。
1. 凝固：凝固是指物质由液态转变为固态的过程。
当温度降低到某一点，液体中的分子或离子开始有序排列，形成固态结晶体。
2. 熔化：熔化是指物质由固态转变为液态的过程。
当温度升高到某一点，固体中的分子或离子离开有序排列，变得更加自由运动。
3. 汽化：汽化是指物质由液态转变为气态的过程。
当温度升高到某一点，液体中的分子或离子足够具有逃离液体表面的能量，形成气体状态。
二、相变的热力学原理热力学中的相变现象与物质的内能变化及熵变有关。
在一个封闭系统中，相变发生时，物质的内能会发生变化，而系统的熵也会发生变化。
1. 内能变化：在相变过程中，虽然温度保持不变，但是物质的内能却发生了变化。
这是因为相变过程中，分子间的相互作用和排列方式发生了改变，导致内能的变化。
2. 熵变：熵是衡量系统无序程度的物理量，相变过程中也会发生熵的变化。
例如凝固过程中，液体变为有序排列的固体，系统的熵会减小。
而汽化过程中，液体变为高度无序的气体，系统的熵会增加。
根据热力学第二定律，熵的增加趋势是不可逆的，即自发向高熵状态变化。
因此，相变过程也符合热力学第二定律的要求。
三、相变与相图相图是描述特定物质在不同温度和压力下各相态之间转变关系的图表。
在相图中，可以清晰地看到物质的相变点和相变曲线。
1. 相变点：相变点是指在一定的温度和压力下，物质由一种相态转变为另一种相态的临界条件。
例如水的相变点在常压下是0摄氏度（冰点）和100摄氏度（沸点）。
2. 相变曲线：相变曲线是用来表示不同相态之间转变的曲线。
相变内容提要本章详细介绍了各种相变发生的热力学条件
第八章 相变内容提要：本章详细介绍了各种相变发生的热力学条件、动力学过程、相变与材料性能关系以及相变研究中采用的某些技术，并对玻璃分相的热力学与动力学作了详细的讨论。
相变过程是物质从一个相庄、转变为另一个相的过程。
一般相变前后相的化学组成不变。
狭义上讲，相变仅限于同组成的两相之间的结构变化。
广义概念，相变应包括过程前后相组成发生变化的情况。
一级相变与二级相变：相变时两相化学势相等但化学势的一阶偏微商不相等称为一级相变。
发生一级相变时有潜热和体积的变化。
因此，熔化、升华、凝固、气化、晶型转变都属于一级相变。
相变时两相化学势相等，其一阶偏微商也相等，但二阶偏微商不相等称为二级相变。
发生二级相变时无潜热和体积变化，只有热容量、膨胀系数和压缩系数的变化。
马氏体相变的特征是相变时新相和母相之间具有严格的趋向关系，靠切变维持共格晶界，并存在一个习性平面，在相变前后保持既不扭曲变形也不旋转变形的状态。
相变热力学与相变动力学：当一个熔体（溶液）冷却发生相变时，系统由一个相变为两个相，这使体系在能量上出现两个变化。
一是系统中一部分原子（离子）从高自由焓状态（如液态）转变为低自由焓的另一状态（如晶态），使系统自由焓减少1G ∆。
另一是由于产生新相形成了新的界面就需要做功，从而使系统自由焓增加2G ∆，因此系统在整个相变过程中自由焓的变化G ∆应为此两项的代数和，即γA G V G G G V +∆=∆+∆=∆21式中V ——新相的体积；V G ∆ ——单位体积中旧相和新相之间的自由能之差固液G G -；A ——新相总表面积；γ——新向界面能。
G ∆大小将决定新生相（晶核）是否稳定存在与能否长大。
假设新相晶胚是球形，则G ∆=γππ⨯⨯+∆⨯⨯n r G n r V 23434 式中r ——球形晶胚半径；n ——单位体积中半径r 的晶胚数。
当0T T HG ∆∆=∆时，T ∆为过冷度，0T 为相变平衡温度。
则γππ⨯⨯+∆⨯∆⨯⨯=∆n r T T H n r G 203434 某些晶核由于能量涨落而达到某一临界尺寸时，晶核进一步长大会使系统的自由焓越来越低而成为稳定的系统，这种晶核称为临界晶核，其半径称为临界半径，相应的自由焓称为临界自由焓或成核位垒，分别表示为Vk G r ∆-=γ2 γπk V k A G nr G 31)(31623=∆=∆ 均匀成核是指晶核从均匀的单相熔体中产生的几率处处是相同的（或称均匀成核）。
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第八章 相变
内容提要：本章详细介绍了各种相变发生的热力学条件、动力学过程、相变与材料性能关系以及相变研究中采用的某些技术，并对玻璃分相的热力学与动力学作了详细的讨论。
相变过程是物质从一个相庄、转变为另一个相的过程。
一般相变前后相的化学组成不变。
狭义上讲，相变仅限于同组成的两相之间的结构变化。
广义概念，相变应包括过程前后相组成发生变化的情况。
一级相变与二级相变：
相变时两相化学势相等但化学势的一阶偏微商不相等称为一级相变。
发生一级相变时有潜热和体积的变化。
因此，熔化、升华、凝固、气化、晶型转变都属于一级相变。
相变时两相化学势相等，其一阶偏微商也相等，但二阶偏微商不相等称为二级相变。
发生二级相变时无潜热和体积变化，只有热容量、膨胀系数和压缩系数的变化。
马氏体相变的特征是相变时新相和母相之间具有严格的趋向关系，靠切变维持共格晶界，并存在一个习性平面，在相变前后保持既不扭曲变形也不旋转变形的状态。
相变热力学与相变动力学：
当一个熔体（溶液）冷却发生相变时，系统由一个相变为两个相，这使体系在能量上出现两个变化。
一是系统中一部分原子（离子）从高自由焓状态（如液态）转变为低自由焓的另一状态（如晶态），使系统自由焓减少1G ∆。
另一是由于产生新
相形成了新的界面就需要做功，从而使系统自由焓增加2G ∆，因此系统在整个相变过
程中自由焓的变化G ∆应为此两项的代数和，即
γA G V G G G V +∆=∆+∆=∆21
式中V ——新相的体积；
V G ∆ ——单位体积中旧相和新相之间的自由能之差固液G G -；
A ——新相总表面积；
γ——新向界面能。
G ∆大小将决定新生相（晶核）是否稳定存在与能否长大。
假设新相晶胚是球形，则
G ∆=γππ⨯⨯+∆⨯⨯n r G n r V 23434
式中r ——球形晶胚半径；n ——单位体积中半径r 的晶胚数。
当0T T H
G ∆∆=∆时，T ∆为过冷度，0T 为相变平衡温度。
则
γππ⨯⨯+∆⨯∆⨯⨯=∆n r T T H n r G 20
3434 某些晶核由于能量涨落而达到某一临界尺寸时，晶核进一步长大会使系统的自由焓越来越低而成为稳定的系统，这种晶核称为临界晶核，其半径称为临界半径，相应的自由焓称为临界自由焓或成核位垒，分别表示为
V
k G r ∆-=γ2 γπk V k A G nr G 31)
(31623=∆=∆ 均匀成核是指晶核从均匀的单相熔体中产生的几率处处是相同的（或称均匀成核）。
当表面、界面或第二相等作为成核位置时，这种成核过程称为非均匀成核或多相成核。
稳定晶核形成后，晶核开始生长，系统总的自由焓随晶体体积增加而下降是晶
体生长的推动力。
晶体生长速率受温度（过冷度）和浓度（过饱和度）等条件的控制。
结晶过程包括成核和晶体生长两个过程，总的结晶速率常用结晶过程中已经结晶出的晶体体积占原来液体体积的分数和结晶时间t的关系表示。
玻璃的分相：
一个均匀的玻璃相（或液相）在一定温度和组成范围内有可能分成两个互不溶解的或部分溶解的玻璃相（或液相）并互相共存的现象称为玻璃分相或称液相不混溶现象。
在硅酸盐或硼酸盐熔液中，发现在相平衡图的液相线以上和以下有两类液相的混溶区。
假如在某温度以上，液相为均匀单相而在此温度下出现分相，此温度称为分相的临界温度。
在温度以下相平衡图中分相区内又分为两个部分，一是亚稳区，这区内的系统要发生分相必需经过成核-生长过程。
二是不稳区，这区内的系统发生相分离是通过浓度的波动起伏，相界面开始时是弥散的，后来逐渐出现明显的界面轮廓。
在此时间内相组成不断变化，直至达到平衡为止。
固-固相变：
从动力学过程看，固体材料相变可分为两种即位移式及结构重建式相变。
位移式相变是一种通过原子的协调移动而实现固相结构转变，这种相变方式不需要破坏化学键，相变位垒低，速度快，是难以抑制的。
结构重建式相变要引起化学键的破坏重建新的结构，相变位垒高，速度慢。
气-固相变：
一定温度下固体材料具有一定蒸汽压。
如果固相周围（或上方）的蒸汽压大于，就会发生气相→固相的转变。
例题
8-1、马氏体相变具有什么特征？它和成核生长机理有何区别？
解：马氏体相变具有下面特征：
（1）相变体和母体之间的界面保持既不扭曲也不旋转。
这种界面称习性平面，
其结晶学方向不变。
（2）无扩散的位移式相变。
（3）相变速率可高达声速。
（4）相变不是在特定的温度，而是在一个温度范围内进行。
成核生长的新相与母相有完全不同的晶格结构，新相是在特定的温度下产生
的，相变具有核化与晶化位垒。
8-2、在液-固相变时，产生球形固相粒子，系统自由焓的变化为γππ2343
4r G r G V +∆=∆。
设k G ∆为临界自由焓，k V 为临界晶核的体积。
试证明：V k k G V G ∆=∆21。
对非均匀
成核假定晶核为球冠形可得到同样的结论。
解：。