Метастабильные фазы, фазовые превращения и фазовые диаграммы в физике и химии

В.В. Бражкин
Институт физики высоких давлений Российской академии наук им. Л.Ф. Верещагина, Калужское шоссе 14, Троицк, Москва, 108840, Российская Федерация

Обсуждается специфика понятий «фаза» и «фазовый переход» для стабильных и метастабильных состояний вещества. Объектами физики конденсированных сред являются, главным образом, равновесные состояния веществ, а метастабильные фазы рассматриваются как исключения, в то время как органические вещества, исследуемые в химии, в подавляющем большинстве случаев метастабильны. Подчеркивается, что многие простые молекулярные соединения на основе легких элементов, включая большинство углеводородов; оксиды, гидриды и карбиды азота; окись углерода (СО), спирты, глицерин, при нормальном давлении также являются метастабильными веществами, т.е. не соответствуют минимуму свободной энергии Гиббса для данного состава. При умеренных температурах и давлениях фазовые превращения для данных метастабильных фаз во всем экспериментально доступном диапазоне времен являются обратимыми с выполнением законов равновесной термодинамики. При достаточно высоких давлениях (> 1-10 ГПа) большинство метастабильных молекулярных фаз необратимо превращаются в более выгодные по энергии полимеризованные фазы как стабильные, так и метастабильные. Эти превращения не соответствуют равенству свободных энергий Гиббса между фазами до и после перехода, т.е. не являются фазовыми переходами 1-го рода в «классическом» понимании. Полученные полимерные фазы при нормальном давлении могут существовать при температурах выше температуры плавления исходной метастабилъной молекулярной фазы. Яркими примерами таких полимеров являются полиэтилен и полимеризованная модификация СО. При дальнейшем росте давления до 20-50 ГПа вклад PV в свободную энергию Гиббса приводит к образованию стабильных атомарных фаз с высокой плотностью. Многие из промежуточных по энергии полимерных фаз, по-видимому, можно синтезировать методами «классической» химии при нормальном давлении.

Текст pdf (181 Кб)

Скачивая файл я соглашаюсь с условиями использования.

English fulltext is available at DOI: 10.1070/PU2006v049n07ABEH006013

PACS: 05.70.Fh, 05.70.Lh, 64.60.−i (все)
DOI: 10.3367/UFNr.0176.200607d.0745
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2006/7/d/
Web of Science

000242169200003
Scopus

2-s2.0-33751341735
ADS NASA

2006PhyU...49..719B
Цитата: Бражкин В В "Метастабильные фазы, фазовые превращения и фазовые диаграммы в физике и химии" УФН 176 745–750 (2006)

BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

English citation: Brazhkin V V “Metastable phases, phase transformations, and phase diagrams in physics and chemistry” Phys. Usp. 49 719–724 (2006); DOI: 10.1070/PU2006v049n07ABEH006013

Список литературы (23) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (41) Похожие статьи (20)

Гиббс Дж В Термодинамика. Статистическая механика (М.: Наука, 1982)
Прохоров А М (Гл. ред.) Физическая энциклопедия Т. 5 (М.: Большая Российская энциклопедия, 1998)
Ландау Л Д, Лифшиц Е М Статистическая физика Т. 1 (М.: Физматлит, 1995)
Зефиров Н С (Гл. ред.) Химическая энциклопедия Т. 5 (М.: Большая Российская энциклопедия, 1998)
Пригожин И, Кондепуди Д Современная термодинамика (от тепловых двигателей диссипативных структур) (М.: Мир, 2002)
Findlay A The Phase Rule and Its Applications 9th ed. (New York: Dover Publ., 1951)
"Our changing nature" Nature Mater. 1 1 (2002)
Brazhkin V V, Lyapin A G Nature Mater. 3 497 (2004)
Глушко В П и др. (Ред.) Термодинамические свойства индивидуальных веществ Т. I, кн. 1 - 2 (М.: Наука, 1978)
Глушко В П и др. (Ред.) Термодинамические свойства индивидуальных веществ Т. II, кн. 1 - 2 (М.: Наука, 1979)
Kenney J F et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99 10976 (2002)
Ciabini L et al. Phys. Rev. B 72 094108 (2005)
Ceppatelli M et al. J. Chem. Phys. 113 5991 (2000)
Sakashita M, Yamawaki H, Aoki K J. Phys. Chem. 100 9943 (1996)
Nicol M, Johnson M L, Holmes N C Physica B+C 139 - 140 582 (1986)
Ciabini L et al. J. Chem. Phys. 116 2928 (2002)
Ciabini L et al. Phys. Rev. Lett. 88 085505 (2002)
Katz A I, Schiferl D, Mills R L J. Phys. Chem. 88 3176 (1984)
Lipp M J et al. Nature Mater. 4 211 (2005)
Bernard S et al. Phys. Rev. Lett. 81 2092 (1998)
Yang N-L et al. J. Polym. Sci. 16 1909 (1978)
Scott H P et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101 14023 (2004)
Бражкин В В и др. УФН 173 1359 (2003); Brazhkin V V et al. Phys. Usp. 46 1283 (2003)