相變的近代分類(morden classification of phase transitions)

相變的近代分類(morden classification of phase transitions)
台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

把物質系統內每一個在物理性質上均勻，並和其他部分有一定分界面(interface)隔開來的部分稱作相(phase)。物態(state)和相並非相同的概念。物質常見的三態為氣態(gas)、液態(liquid)以及固態(solid)，但是物質在同一種物態下，有時可能有多種不同的相。例如： (1) 冰、水共存的系統有兩個相，兩相之間為液－固界面(liquid-solid interface)。 (2) 油和水的混合物有兩個相，兩相之間為液－液界面(liquid- liquid interface)。 (3) 酒精和水的混合物只有一個相，此為均勻(homogeneous)的液相。 (4) 鑽石和石墨是碳的兩個固態相。 　　

不同相之間的轉變稱為相變(phase transition)，研究發現可利用一些物理性質的不連續變化，找出發生相變的條件，此不連續變化的條件被稱為相變點(transition point)，例如： (1) 氣－液相變：密度(density)發生不連續變化。 (2) 固－液相變：剛體的切應變係數(shear modulus of rigid body)發生不連續變化。 (3) 超導體的超導態－正常態相變：導電度(conductivity)發生不連續變化。 (4) 液態氦氦Ⅰ(正常態)－氦Ⅱ(超流態)相變：黏滯係數(viscosity)發生不連續變化。 (5) 鐵磁體－順磁體相變：磁化率(magnetic susceptibility)發生不連續變化 　　

近代的一些研究中，根據熱力學理論和各種相變的特徵，可將自然界中存在的各種形式的相變進行分類： (1)一級相變 (first order phase transition)： 一級相變的過程會包含潛熱(latent heat)的改變，例如冰熔化成水的過程，當定壓下冰塊開始熔化，則有一段時間溫度就維持不變(熔點溫度)，但是這過程仍然不斷發生吸熱作用，使系統的潛能升高。由於一級相變過程中，熱能無法瞬時全部進入或離開系統，造成某一段時間會有兩相混合共存(mixed-phase regimes)。例如冰熔化成水且溫度維持在熔點時，有一部分的冰已經熔解，其他部份的冰則尚未溶解。所有物質三態變化(固/液/氣)的相變皆屬於一級相變。 (2) 二級相變 (second order phase transition)： 二級相變的過程不會出現潛熱，例如鐵磁體－順磁體的相變及液態氦氦Ⅰ(正常態)－氦Ⅱ(超流態)相變。

參考資料: http://encyclopedia.thefreedictionary.com/phase+transition