相变

在化学、热力学和其他相关领域，相变（或相变）是介质的一种状态与另一种状态之间转变的物理过程。 该术语通常用于指代物质基本状态之间的变化：固体、液体和气体，在极少数情况下，还包括等离子体。 热力学系统的一个相和物质的状态具有统一的物理性质。 在给定介质的相变过程中，介质的某些特性会因外部条件（例如温度或压力）的变化而发生变化。 这可能是一个不连续的变化； 例如，液体在加热到沸点时可能变成气体，导致体积突然变化。 对发生转变的外部条件的识别定义了相变点。

在物质的相变点，例如沸点，所涉及的两个相 - 液体和蒸汽，具有相同的自由能，因此同样可能存在。 在沸点以下，液体是两者中更稳定的状态，而在沸点以上，气态更稳定。

有时可以绝热地（与绝热地相反）改变系统的状态，这样它就可以通过相变点而不经历相变。 所产生的状态是亚稳态的，即不如过渡到的状态稳定，但也不是不稳定的。 例如，这发生在过热、过冷和过饱和中。

由于温度和/或压力的影响，单个组分的固相、液相和气相之间的常见转变如下表所示：

其他相变包括：

• 共晶转变，其中双组分单相液体冷却并转变为两个固相。 同样的过程，但从固体而不是液体开始，称为共析转变。
• 亚稳态到平衡的相变。 由于较低的表面能而快速形成的亚稳态多晶型物将转变为平衡相，只要有足够的热输入来克服能量势垒。
• 包晶转变，其中双组分单相固体被加热并转变为固相和液相。
• 一种旋节线分解，其中单个相被冷却并分离成同一相的两种不同成分。
• 过渡到固体和液体之间的中间相，例如液晶相之一。
• 居里点处磁性材料的铁磁相和顺磁相之间的转变。
• 不同有序、相称或不相称的磁性结构之间的转变，例如锑化铈。
• 马氏体相变是碳钢中众多相变之一，是位移相变的典范。
• 晶体结构的变化，例如铁的铁素体和奥氏体之间的变化。
• 有序-无序转变，例如 α-钛铝化物。
• 吸附几何学对覆盖度和温度的依赖性，例如氢对铁 (110) 的依赖性。
• 当冷却到临界温度以下时，某些金属和陶瓷会出现超导性。
• 不同分子结构（多晶型物、同素异形体或多晶型物）之间的转变，尤其是固体的转变，例如无定形结构和晶体结构之间、两种不同晶体结构之间或两种无定形结构之间。
• 玻色子流体的量子凝聚（玻色-爱因斯坦凝聚）。 液氦中的超流体转变就是一个例子。
• 随着温度的降低，宇宙早期历史中物理定律的对称性破缺。

• 同位素分馏发生在相变过程中，相关分子中轻同位素与重同位素的比例发生变化。 当水蒸气凝结（平衡分馏）时，较重的水同位素（18O 和 2H）在液相中富集，而较轻的同位素（16O 和 1H）则倾向于气相。

当系统的热力学自由能对于某些热力学变量的选择（参见相）是非解析的时，就会发生相变。 这种情况通常源于系统中大量粒子的相互作用，并且不会出现在小系统中。 对于温度不是参数的非热力学系统，可能会发生相变。 示例包括：量子相变、动态相变和拓扑（结构）相变。 在这些类型的系统中，其他参数代替了温度。