作者希尔德·德·拉亚特，埃因霍温理工大学 五相平衡，顶部为气相，棒未对齐(各向同性相)，然后是液相，棒指向大致相同的方向(向列液晶)，随后是液相，棒位于不同的层中(近晶液晶)，底部为两个固相
信用:ICMS动画工作室 冷冻水在融化时可以同时呈现三种形态:液体、冰和气体
150年前，吉布斯相定律解释了这一原理，即许多物质可以同时发生在三个阶段
今天，埃因霍温理工大学和巴黎萨克莱大学的研究人员正在挑战这一经典理论，提出了五相平衡的证明，这是许多学者认为不可能的
这些新知识为处理复杂混合物的行业提供了有用的见解，例如蛋黄酱、油漆或液晶显示器的生产
研究人员已经在《物理评论快报》杂志上发表了他们的结果
当代热力学和物理化学的创始人是美国物理学家乔赛亚·威拉德·吉布斯
在19世纪70年代，他导出了相律，描述了一种物质或物质混合物可以同时呈现的不同相的最大数量
对于纯物质，吉布斯相律预测最多有三个相
复杂分子系统研究所的雷姆科·图尼耶教授说:“当时，爱因斯坦称吉布斯的热力学是他唯一真正信任的理论
如果我们以水为例，有一个点，在特定的温度和压力下，水同时以气体、液体和冰的形式出现，即所谓的三相点
" 助理教授马克·维斯和图尼耶来自同一个研究小组，他说:“这个经典的吉布斯相律坚如磐石，从未被挑战过
" 形状很重要 根据这种相位规则，研究人员研究的混合物在同一时间的一个特定点也将显示最多三个相位
但是图尼耶和他的同事们现在表明，在这种混合物中，有一系列四个阶段同时存在的情况
根据吉布斯的说法，甚至有一个点有五个共存的相——两个太多了
在那个特定的点上，也称为五相平衡，一个气相，两个液晶相，和两个含有“普通”晶体的固相同时存在
这是前所未见的
“这是著名的吉布斯规则第一次被打破，”维斯说
关键在于混合物中颗粒的形状
吉布斯没有考虑到这一点，但埃因霍温的科学家现在表明，正是粒子的具体长度和直径起了主要作用
图伊尼尔说，“除了已知的温度和压力变量外，还有两个变量:粒子的长度与其直径的关系，以及粒子的直径与溶液中其他粒子的直径的关系
" 分级棒 在他们的理论模型中，研究人员在背景溶剂中对两种物质的混合物进行研究:棒状和聚合物
这也称为胶体系统，其中颗粒是固体，介质是液体
因为粒子不能占据完全相同的空间，它们相互作用
“这也叫排除体积效应；这导致了棒想要坐在一起
可以说，它们被聚合物链推向彼此
通过这种方式，你可以在混合物中找到一个主要包含棒的区域，以及一个富含聚合物的区域，”图尼耶解释道
“然后这些杆沉入底部，因为它们通常更重
这是隔离的开始，创造阶段
" 主要包含杆的下部最终会变得非常拥挤，以至于杆会相互干扰
然后他们会占据一个优先的位置，这样他们就不会妨碍对方了
这些杆整齐地排列在一起
最终，它们呈现出五种不同的相态:顶部有未排列的棒的气相(各向同性相)，棒指向大致相同方向的液相(向列液晶)，棒位于不同层的液相(近晶液晶)，以及底部的两个固相
蛋黄酱和监视器 Vis:“我们的研究有助于了解这种相变的基础知识，并有助于更准确地理解和预测这种相变何时发生
“这一发现在许多领域都很有用
想象一下在工业反应器中泵送复杂的混合物，制造复杂的产品，比如蛋黄酱和油漆等胶体混合物，或者在车窗上形成冰，在路上形成黑冰
甚至在显示器的液晶中，这些过程也发挥了作用
“大多数行业选择单相系统，没有隔离
但是如果确切的转变被清楚地描述，那么这个行业实际上可以使用这些不同的阶段，而不是避免它们，”维斯说
研究人员或多或少有可能达到三个以上阶段的平衡
当模拟和编程板状粒子和聚合物时
D
图伊尼尔小组的学生阿尔瓦罗·冈萨雷斯·加西亚和文森特·彼得斯看到了四相平衡
图伊尼尔说，“有一天，Á·阿尔瓦罗来找我，问我哪里出了问题
因为四个阶段不可能是对的
" 然后，研究人员尝试了多种形状，如立方体和棒状
图尼耶说，“有了棒，大多数相变成了可能，我们甚至发现了五相平衡
这也可能意味着更复杂的平衡是可能的，只要你对复杂的不同粒子形状搜索足够长的时间
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
