第1节 相变的分类
1. 按热力学分类
相变的热力学分类是按照温度和压力对自由能的偏导函数在相变点的数学特征——连续或非连续，将相变分为一级相变、二级相变或更高级的相变。n级相变被定义为，在相变点系统的化学势的第（n-1）阶导数保持连续，而其n阶导数不连续。
一级相变的特点是，相变发生时，两平衡相的化学势相等，但化学势的一阶偏微分不相等，即
由于
，
，所以一级相变发生时，熵和体积的变化是不连续的，即相变时有相变潜热，并伴随有体积改变。晶体的熔化、升华；液体的凝固、气化；气体的凝聚以及晶体中的大多数晶型转变都属于一级相变。二级相变的特点是，相变时两平衡相的化学势相等，化学势的一阶偏微分也相等，但二阶偏微分不相等，即
；
；
；
由热力学可知，
为等压热容；
，称为压缩系数；
称为膨胀系数。因此二级相变时，两相的化学势、熵和体积相等，但热容、膨胀系数和压缩系数不相等，即无相变潜热，无体积的突变，只有热容、膨胀系数和压缩系数的不连续变化。一般合金的有序-无序转变，铁磁-顺磁转变、超导转变等属于二级相变。
2. 按结构变化分类
按发生相变时新相与母相在晶体结构上的差异，可以将相变分为重构型、位移型和有序-无序型。重构型相变中，大量的化学键被破坏，新相和母相在晶体学上没有明确的位向关系。位移型相变过程不涉及化学键的破坏，新相和母相之间存在明显的晶体学位向关系。有序-无序相变在结构上往往涉及到多组元固溶体中两种或多种原子在晶格点阵上排列的有序化。
3．按动力学机制分类
从相变的动力学机制出发，可以将相变分为均匀转变和非均匀转变。发生均匀相变时，没有明显的相界面，相变是在整体中均匀进行的，相变过程中的涨落程度很小而空间范围很大。非均匀相转变是通过新相的成核生长来实现的，相变过程中母相与新相共存，涨落的程度很大而空间范围很小。
4. 按质点迁移特征分类
根据相变过程中质点运动的情况，可以将相变分为扩散型相变和无扩散型相变。
扩散型相变的特点是在相变过程中，存在着原子（或离子）的扩散运动。扩散型相变是通过热激活原子运动而产生的，要求温度足够高，原子活动能力足够强。如晶型转变、熔体中析晶、气-固、液-固相变和有序-无序转变都属于扩散型相变。
无扩散型相变则在相变过程中不存在原子（或离子）的扩散运动。无扩散型相变的特点是相变中原子不发生扩散，原子作有规则的近程迁移，以使点阵改组；相变中参加转变的原子运动是协调一致的，相邻原子的相互位置不变，因此也被称为“协同性”转变。如在低温下进行的纯金属同素异构转变以及一些合金中的马氏体转变等。
（本节完
第1节 相变的分类
1. 按热力学分类
相变的热力学分类是按照温度和压力对自由能的偏导函数在相变点的数学特征——连续或非连续，将相变分为一级相变、二级相变或更高级的相变。n级相变被定义为，在相变点系统的化学势的第（n-1）阶导数保持连续，而其n阶导数不连续。
一级相变的特点是，相变发生时，两平衡相的化学势相等，但化学势的一阶偏微分不相等，即
由于
，，所以一级相变发生时，熵和体积的变化是不连续的，即相变时有相变潜热，并伴随有体积改变。晶体的熔化、升华；液体的凝固、气化；气体的凝聚以及晶体中的大多数晶型转变都属于一级相变。二级相变的特点是，相变时两平衡相的化学势相等，化学势的一阶偏微分也相等，但二阶偏微分不相等，即
；；；由热力学可知，
为等压热容；，称为压缩系数；称为膨胀系数。因此二级相变时，两相的化学势、熵和体积相等，但热容、膨胀系数和压缩系数不相等，即无相变潜热，无体积的突变，只有热容、膨胀系数和压缩系数的不连续变化。一般合金的有序-无序转变，铁磁-顺磁转变、超导转变等属于二级相变。
2. 按结构变化分类
按发生相变时新相与母相在晶体结构上的差异，可以将相变分为重构型、位移型和有序-无序型。重构型相变中，大量的化学键被破坏，新相和母相在晶体学上没有明确的位向关系。位移型相变过程不涉及化学键的破坏，新相和母相之间存在明显的晶体学位向关系。有序-无序相变在结构上往往涉及到多组元固溶体中两种或多种原子在晶格点阵上排列的有序化。
3．按动力学机制分类
从相变的动力学机制出发，可以将相变分为均匀转变和非均匀转变。发生均匀相变时，没有明显的相界面，相变是在整体中均匀进行的，相变过程中的涨落程度很小而空间范围很大。非均匀相转变是通过新相的成核生长来实现的，相变过程中母相与新相共存，涨落的程度很大而空间范围很小。
4. 按质点迁移特征分类
根据相变过程中质点运动的情况，可以将相变分为扩散型相变和无扩散型相变。
扩散型相变的特点是在相变过程中，存在着原子（或离子）的扩散运动。扩散型相变是通过热激活原子运动而产生的，要求温度足够高，原子活动能力足够强。如晶型转变、熔体中析晶、气-固、液-固相变和有序-无序转变都属于扩散型相变。
无扩散型相变则在相变过程中不存在原子（或离子）的扩散运动。无扩散型相变的特点是相变中原子不发生扩散，原子作有规则的近程迁移，以使点阵改组；相变中参加转变的原子运动是协调一致的，相邻原子的相互位置不变，因此也被称为“协同性”转变。如在低温下进行的纯金属同素异构转变以及一些合金中的马氏体转变等。
（本节完
化学键 的迷茫（四） 相变潜热问题
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化学键 一个世纪的迷茫（四）
相变潜热潜到哪里去了？晏成和
上篇文章谈到了物质相变的原理是：在温度的作用下，价和电子速率变化所导致运转线路的变化，平面运转-固体；立交（鼓形）运转-液态；球面运转-气体。文章简述了相变的过程，却没有涉及过程中的细节——相变潜热。
在相变过程中有一重要细节：晶体物质受热，温度随之升高，达到熔点，熔化并不能立即形成，加热继续，而温度保持不变。在这个持续加热的过程中，物质在此相变温度点肯定是吸取了热量，温度却是一段水平线，丝毫没有升温，这热量潜藏到哪里？如果说相变是个自然之谜，那这相变潜热就是谜中之谜。
相变时能量与温度不同步的现象早已引起了人们的注意，人们把物质熔化时的这种热量“失踪”及结晶时的热量“多出”的现象叫做相变潜热。这就是困惑物理多年的问题——相变时这热是如何潜藏、藏到哪里去了。尽管近代物理用破绽百出的分子热运动“解释”了相变，有了一级相变、二级相变等极其复杂晦涩的理论。面对相变过程中的潜热，即使是牵强的分子热运动理论也无能为力，就用能量——“在今天的物理学中，我们不知道究竟是什么”（费曼先生语录）的东西来应付。一个常见的自然事实，却要用一个又一个支离破碎的“理论”来描述、打补丁，的确是勉为其难。
相变潜热 了解了电子的规律运动，相变潜热并不高深，与相变的过程相辅相成。
先来看熔化，物质受热后价和电子运动速率加快、线路由平面进入到空间，形成空间扭曲运转，从而使产生的价磁力方向的紊乱，结构元之间丧失了定向的稳定的力的连接，物体内力大降、坍塌，于是形成了物质的熔化——相变。
晶体物质有非常准确的熔化温度——熔点，晶体熔化的温度必须达到熔点，继续吸热之后，熔化才能形成。这个事实说明晶体物质的核外电子速率是完全准确的、其运动的变化是整齐同步的。
以下就以常见的冰的融化来谈相变潜热。把冰块置于温暖的室内，随着环境的持续加温，冰块结构元运转的价和电子逐渐地加快速率，冰块温度逐渐升高。到了熔点0℃，外部的加温仍然继续着，而冰块（H2O）的温度却停留在0℃。加温继续，H2O结构元内的价和电子运转并没有加速-物质的温度并没有升高，这个热量到哪里去了？
这时的外界加温，没有提升温度，没有宏观的相变，只是增加了有立交运转趋势的价和电子数量或比例，增加了相变（融化）的趋势，这些趋势的形成和能量的积聚就是相变的潜热。
这潜热没有给物质升温，没有加快价和电子的速率，这些潜热给尚在平面运转的价和电子贮备了由平面“起跳”到空间立交的动能，逐步给平面运转的价和电子卯足了劲，形成了向融化相变的趋势，到时候一起挣脱电磁力束缚，进行立交运转。使得电磁力方向紊乱，冰块内力丧失，形成冰块的融化。
相变的潜热的热量没有增加物质的温度，表象上是潜没了。实质上是积蓄了物质由量变向质变、由升温到相变（融化）的趋势，为质变的形成增加趋势、使这种趋势在物质内传递，为统一的、全面的相变作准备。
金属的熔化过程与此相同，熔化的潜热也同此一理，例如锡的熔化。
这样，我们就用核外电子规律运转的观点，阐述了世纪之谜——物质的相变及相变潜热。大自然把世上的物质构成各种的固体、液体、气体，并能使物质相态发生变化，神秘的相变过程竟是如此简单、神秘的相变潜热的原理原来也是这样的简单。
凝固 凝固是熔化的逆过程，是由于温度的降低，物质由液态相变成固态的过程。简述为：温度降低，价和电子速率下降，运转线路由空间扭曲进入到稳定平面，价磁力方向相互对正、稳定，结构元之间的位置相对固定，物质内构筑了稳固的内力，宏观的表现就是凝固。
凝固时液态物质的价和电子降低速率，由立交运转归顺到稳定平面，稳定的电磁力使电子的运转稳定并相互同步、相互适应，使得众多“小磁铁”迅速对位稳定。于是立交运转时多余的能量就以热量的形式释放——物质向外辐射能量（电磁波），这就是凝固时的放热现象，释放的就是相变潜热。
凝结 凝结是物质由气态直接相变成固态的过程，例如温度骤降，天空中的水蒸气直接凝结成固态的雪花。其微观过程是：温度大幅降低，水蒸气价和电子速率迅速下降，运转线路由空间球面直接进入到稳定平面，空间的价和运转在瞬间固定在了某个平面，这个平面的方向位置是随机的，所以形成的雪花形状是各自不同的。雪花的基本形状是六边形，这与H2O中氧所具有的6个价电子直接相关。
凝结是物质由气态直接相变成固态，价和电子速率迅速下降，释放出来大量的相变潜热；而化雪时须吸收许多相变潜热，所以人们的感觉是下雪不冷、化雪冷。
2014-11-12修改
参考文献：
1，晏成和：《物理新视点》，湖北人民出版社，2006。
2,IRA N.LEVINE[美]:《物理化学》,李芝芬等译,北京大学出版社,1987。
3,阎守胜:《固体物理基础》,北京大学出版社,2000。
4，Ｃ．基泰尔 [美]:《固体物理导论》, 杨顺华等译,科学出版社,1986。
相关问题请参阅我的博文：
http://blog.sciencenet.cn/blog-73066-843776.html 此文来自科学网晏成和博客
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2 周少祥 魏焱明
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- [1]魏焱明
- 晏老师言之有理。最近我也写了一篇类似博文谈液气相变的潜热，欢迎指教：
http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2339914&do=blog&id=863710
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