相变与相图

出处：按学科分类—自然科学总论 山东人民出版社《方法大辞典》第231页（821字）

自然界中许多物质都是以固、液、气三种聚集态存在着的，它们在一定的条件下可以平衡共存，也可以互相转变。

系统中同一化学成份(元素或按严格配比的化合物)、同一聚集态并以一定界面相互隔离的各个物理性质均匀部分称为相。物质的相结构与温度和成分有密切关系，在一定成分下，当温度变化时，物质所发生的从一相到另一相的转变，称为相变。

不同的成分，相转变的温度Tc不同。

相变分为一级相变和二级相变两类：凡是发生相变时，体积发生变化，并伴随有潜热的发生称为一级相变。

通常物质的固、液、气三态的转变和许多固体的同素异晶的转变，都属于一级相变；凡发生相变时，体积不改变，也无潜热，而只是热容量、热膨胀系数和等温压缩系数等物理量发生变化的称为二级相变。典型的二级相变如，正常液态氦(氦Ⅰ)与超流氦(氦Ⅱ)之间的转变，正常导体与超导体之间的转变，顺磁体与铁磁体之间的转变等。

克劳修斯－克拉珀龙方程是描述相变的一个基本方程，这个方程可表示为

式中1为单位质量的相变潜热，T为相变温度，V₁和V₂分别为1相和2相单位质量的体积(称为比容)，是相平衡曲线的斜率。

相图是表示相之间关系的状态图，一切物质的相图都是由实验测得的。常用的相图有二类，一类如图，所示的单元复相系(以H₂O为例)的相图，图中P_t称为三相点，两相平衡曲线P_tC、P_tL及P_tS常分别称为汽化曲线、熔解曲线及升华曲线。

图1

由该图可知固、液、气各相存在的区域，以及任意两相平衡共存和互相转变的条件。

图2

另一类二元复相系(以铜锌二元合金)的相图，如图2所示，它可同时概括在成分和温度变化的条件下所发生的相变过程。各种材料的相图对材料的研究和应用有重要意义。