фазовые переходы

Ответ от Максим Ю. Волков[гуру]
ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ, переходы в-ва из одной фазы в другую при изменении параметров состояния, характеризующих термодинамич. равновесие. Значение т-ры, давления или к. -л. др. физ. величины, при к-ром происходят фазовые переходы в одно-компонентной системе, наз. точкой перехода. При фазовых переходах I рода св-ва, выражаемые первыми производными энергии Гиббса G по давлению р, т-ре Т и др. параметрам, меняются скачком при непрерывном изменении этих параметров. При этом выделяется или поглощается теплота перехода. В однокомпонентной системе т-ра перехода T1 связана с давлением р1 Клапейрона - Клаузиуса уравнением dp1/dT1 = = QIT1DV, где Q - теплота перехода, DV - скачок объема. Для фазовых переходов I рода характерны гистерезисные явления (напр. , перегрев или переохлаждение одной из фаз) , необходимые для образования зародышей другой фазы и протекания фазовых переходов с конечной скоростью. В отсутствие устойчивых зародышей перегретая (переохлажденная) фаза находится в состоянии метастабильного равновесия (см. Зарождение новой фазы). Одна и та же фаза может существовать (хотя и метастабильно) по обе стороны от точки перехода на диаграмме состояния (однако кристаллич. фазы нельзя перегреть выше т-ры плавления или сублимации). В точке фазовых переходов I рода энергия Гиббса G как ф-ция параметров состояния непрерывна (см. рис. в ст. Диаграмма состояния) , а обе фазы могут сосуществовать сколь угодно долго, т. е. имеет место т. наз. фазовое расслоение (напр. , сосуществование жидкости и ее пара или твердого тела и расплава при заданном полном объеме системы).
Фазовые переходы I рода - широко распространенные в природе явления. К ним относятся испарение и конденсация из газовой в жидкую фазу, плавление и затвердевание, сублимация и конденсация (десублимация) из газовой в твердую фазу, большинство полиморфных превращений, нек-рые структурные переходы в твердых телах, напр, образование мартенсита в сплаве железо - углерод. В чистых сверхпроводниках достаточно сильное магн. поле вызывает фазовые переходы I рода из сверхпроводящего в нормальное состояние.
При фазовых переходах II рода сама величина G и первые производные G по T, р и др. параметрам состояниям меняются непрерывно, а вторые производные (соотв. теплоемкость, коэф. сжимаемости и термич. расширения) при непрерывном изменении параметров меняются скачком либо сингулярны. Теплота не выделяется и не поглощается, явления гистерезиса и метаста-бильные состояния отсутствуют. К фазовым переходам II рода, наблюдаемым при изменении т-ры, относятся, напр. , переходы из парамагнитного (неупорядоченного) состояния в магнитоупо-рядоченное (ферро- и ферримагнитное в Кюри точке, антиферромагнитное в Нееля точке) с появлением спонтанной намагниченности (соотв. во всей решетке или в каждой из магн. подрешеток) ; переход диэлектрик - сегнетоэлектрик с появлением спонтанной поляризации; возникновение упорядоченного состояния в твердых телах (в упорядочивающихся сплавах) ; переход смектич. жидких кристаллов в нематич. фазу, сопровождающийся аномальным ростом теплоемкости, а также переходы между разл. смектич. фазами; l-переход в 4He, сопровождающийся возникновением аномально высокой теплопроводности и сверхтекучести (см. Гелий) ; переход металлов в сверхпроводящее состояние в отсутствие магн. поля.
Фазовые переходы могут быть связаны с изменением давления. Многие в-ва при малых давлениях кристаллизуются в неплотноупако-ванные структуры. Напр. , структура графита представляет собой ряд далеко отстоящих друг от друга слоев атомов углерода. При достаточно высоких давлениях таким рыхлым структурам соответствуют большие значения энергии Гиббса, а меньшим значениям отвечают равновесные плотноупако-ванные фазы.
ссылка