位相の概念は単純ですが、正確に定義するのは困難です。システムの位相の適切な定義は、「自由エネルギーが解析関数であるシステムの熱力学的パラメーター空間の領域」です。これは、熱力学特性に急激な変化がなく、一方から他方への物理的変化があれば、システムの 2 つの状態が同じ位相にあることを意味します。
熱力学、化学、材料科学において、相はパラメーターが連続的に変化する媒体です。これには、特に化学組成と密度が含まれます。実際、特定の状態 (固体、液体、気体) にある純粋な物質は、通常、単一の相を構成します。
純粋な体について考えてみましょう。圧力と温度に応じて、この純粋な物体は気体、液体、または固体になります (物質の状態を参照)。固体の場合、圧力と温度に応じてさまざまな方法で結晶化します。たとえば、鉄は体心立方晶 (α-鉄) または面心立方晶 (γ-鉄) の形で結晶化できます。固体は非晶質であることもあります。例えば、ＳｉＯ ２シリカは、結晶質（石英、クリストバライト）または非晶質（ガラス）であり得る。
純粋な物体が取り得るこれらのさまざまな形態 (気体、液体、非晶質固体、さまざまなタイプの結晶固体) は、相と呼ばれます。平衡状態では、純粋な物体は特定の位相にのみ存在できます。
純粋な物質の混合物である化合物がある場合、特定の圧力および温度条件下では、いくつかの相が共存することがあります。たとえば、2 つの粉末の混合物 (2 つの異なる固相)、液体と気体の混合物 (エアロゾル)、液体と液体の混合物 (エマルジョン) などが考えられます。
フェーズの「マップ」、つまりシステムが条件 (圧力、温度、組成) に対してどのフェーズにあるかを描くことができます。このようなマップは相図と呼ばれます。
いくつかの純粋な物体 (たとえば、水溶液や共融物) から構成される均一な相と、いくつかの相から構成される非平衡の純粋な物体 (たとえば、水と氷の混合物) が存在する可能性があることに注意してください。相の概念は次のとおりです。したがって、化合物のそれとは異なります。
系のすべての熱力学特性 (エントロピー、熱容量、磁化、圧縮率など) は、自由エネルギーとその導関数で表現できます。たとえば、エントロピーは、自由エネルギーと温度の一次導関数の関数として簡単に表現できます。
相は「物質の状態」と呼ばれることもありますが、この概念は熱力学的状態と混同される可能性があります。たとえば、異なる圧力に保持された 2 つのガスは、異なる熱力学的状態にありますが、同じ「物質の状態」にあります。
物質の状態
物質には 7 つの認識された状態があります。
- 液体状態。
- 超流動状態（温度を下げると粘度のない液体）。
- 超臨界状態（圧力を高めることで得られる気液平衡）。
- 気体の状態。
- プラズマ状態（温度上昇によるガスのイオン化）。
- 固体状態。
- ボース・アインシュタイン凝縮物（極端な冷却によって得られる、ボーソンの凝集による固化）。
超固体状態の存在には議論の余地がある。
熱力学的定義
物質の状態は基本的に熱力学の観点から定義され、分子の撹拌のレベルに対応します。状態図は、ある状態から別の状態に移行するための温度と圧力の条件を表します。純粋な物体が、温度と圧力の対によって測定され、固体-液体、液体-気体、または固体-気体の曲線のどの点にも対応しない状態にある場合、この物体はある状態 (固体) にあります。 、液体または気体）、エンタルピーの変化が温度の変化に直接つながるようにします。一方、温度と圧力の関係が相変化曲線の 1 つ上の点に対応する場合、エンタルピーの変化は温度変化を引き起こしません。つまり、相変化は一定の温度で行われます。この場合、エンタルピーの正の変化によって引き起こされるエネルギー入力は潜熱に変換され、負の変化によってこの潜熱が放出されます。
物理的定義
物理学では、物質の状態は、物質のある程度の一貫性 (密度、結晶構造、屈折率など) に対応し、その結果、物理法則 (展性、延性、流動流体、理想気体の法則、等。）。しかし、物質の挙動は同じ状態内で常に均一であるとは限りません。したがって、流体（粉末または粒状物質）のように振る舞う固体、または逆に固体エマルジョンに特有の特定の特性を有する液体が観察される中間状態が存在します。
私たちにはあまり馴染みのない、プラズマ、ボース・アインシュタイン凝縮、超臨界状態などのエキゾチックな物質状態もあります。
