相與相變
相共存
往一杯水裡放一塊冰,讓它靜靜待著,既不融化也不長大。冰和水並不在較勁;它們已經達成一種穩定的僵持,可以無限期地並排待在一起。這種安頓下來的並存狀態——兩個(或更多)相同時在場、誰也壓不倒誰——就是相共存。
共存是一種平衡,而不是一張定格的照片。分子不停地從固體越到液體、又越回來,但來去的速率恰好相同,所以兩邊的量保持不變。讓這成為可能的深層條件是:每種物質在兩個相中具有相同的化學勢——也就是每個分子相同的「逃逸傾向」。當兩邊的勢相等時,誰對誰都沒有淨的拉力,於是它們在真正的平衡中共存。
相共存正是相圖上每一條線、每一個點的物理含義:那些特徵標記的,恰恰是相與相達成平衡的溫度和壓強條件。這也是為什麼沸騰的鍋或融化的冰會被釘在一個溫度上——系統被鎖在某個共存條件上,直到其中一個相用盡。蒸餾、晶體的析出,乃至雲的形成,全都建立在這種平衡之上。
保溫杯裡冰水混合的雪泥穩穩地停在 0 °C:只要冰和液體都還在,溫度就動不了,因為這兩個相被釘在共存狀態裡。
只要兩個相共存,溫度就被鎖住不動。
共存的條件是:每種組分在每個相中的化學勢相等——這比單說「溫度和壓強相等」更深刻,光是溫度、壓強相等並不能保證平衡。相圖上那些相界線所描繪的,正是這種相等。
又稱
另見