成核相变

所谓“相”，是指物质的状态，在同一相中，化学成分和物理性质是一致的。以纯净水为例。它以水的液态、水蒸气的气态、冰的固态三种状态存在，分别称为液相、气相、固相。在多组分系统中，一个相可能包含多种组分，或者多个液相可能同时存在。以油水体系为例，在室温下将半杯色拉油倒入半杯水中，可以看到油漂浮在水面上，形成不相溶的油相和水相，两相成分不同。但如果把酒精倒入水中，由于互溶，只存在一个液相，在这个液相中，化学成分是均匀的。此外，固体也可以由多个固相组成。例如，一块石头经常包含许多不同颜色的小颗粒。这些小颗粒可能具有不同的化学组成和晶体结构，但属于不同的固相，或者属于同一相但分散在其他相中。在什么条件下，一种物质会以哪一相或哪几相存在* * *是热力学的重要目标之一。

同时，当温度、压力等环境条件发生变化时，物质可能从原来的相变为另一相，产生所谓的“相变”，而相变的机理和速率就是“成核理论”的研究目标。相变有很多种，常见的可分为以下几种:从气相到液相，称为冷凝；从液相变为气相，如果发生在液相内部或液相与容器的界面处，称为沸腾，如果发生在气液界面处，称为蒸发；从液相变为固相称为凝固或结晶；从固相到液相的变化叫做熔化；还有许多其他的相变，特别是在多组分系统中，并且有更多可能的相变类型。

至于相变的初始成核现象，可分为以下两种:均相成核——新相的胚核是由原来的母相直接生成的，例如多个水蒸气分子自行聚集形成小水滴的胚核；异质成核-通过添加晶核或容器表面作为胚核形成新相。一般来说，有外来胚核时，异相成核比均相成核容易得多。以水为例，在没有任何外来胚核的情况下，直径一厘米的水滴要冷却到零下40摄氏度才能形成冰珠，远低于水在零摄氏度就能成冰的普遍认知。但一般来说，容器表面或水中的颗粒可以充当胚核，使水在零下65438±0摄氏度左右结冰。