本书是关于非平衡态相变热力学的专著。本书构建了非平衡态相变热力学的理论体系，系统阐述了非平衡态相变热力学的基础理论和基本知识。内容包括单元系和多元系的蒸发、冷凝、升华、凝结、溶解、析出、结晶、熔化，以及各种相变形核等。本书给出了单元系和多元系非平衡态相变过程的吉布斯自由能变化、焓变、熵变的公式和相变速率的公式；给出了各种相变形核过程的吉布斯自由能变化、焓变、熵变的公式和形核速率的公式；给出了多元系相变过程的耦合等。 本书可供冶金、材料、化工、地质、物理、化学等专业的本科生、研究生、教师和相关领域的科技人员学习和参考。

第1章 液体蒸发
　　液体变成气体的过程叫做蒸发或挥发。例如，水变成蒸汽，酒精变成气体，液态金属变成气态金属。
　　1.1 纯液体蒸发
　　1.1.1 蒸发过程的热力学
　　在恒温恒压条件下，纯液体蒸发过程可以表示为
　　达到平衡，有
　　气相以一个标准大气压的组元 B 为标准状态，液相以纯液态组元 B 为标准状态，蒸发过程中的摩尔吉布斯自由能变化为
　　(1.1)
　　式中，
　　(1.2)
　　这里，pB 为气相组元中 B 的压力；p*B 为组元 B 的饱和蒸气压；1μB(g)是组元 B为一个标准大气压的化学势；1*B(l)是组元 B 为纯液态的化学势；K 为平衡常数。
　　液体组元 B 与其饱和蒸气平衡，化学势相等。
　　将式(1.2)代入式(1.1)，得
　　(1.3)
　　pB = p*B，ΔGm;B =0，气-液两相平衡；
　　pB < p*B，ΔGm;B <0，液体变成气体；
　　pB > p*B，ΔGm;B >0，气体变成液体。
　　也可以如下计算：
　　在温度 T平，气-液两相达到平衡，升高温度到 T，液体变成气体，蒸发过程的摩尔吉布斯自由能变化为
　　(1.4)
　　式中，T平为气液两相平衡的温度
　　T > T平，液体变成气体；
　　T = T平，气-液两相平衡；
　　T < T平，气体变成液体。
　　式中，
　　如果温度 T 和 T平相差大，则有
　　1.1.2 蒸发过程的速率
　　在恒温恒压条件下，纯组元 B 的蒸发速率如下。
　　如果只是液体表面蒸发
　　如果整个液体体积都蒸发
　　(1.5)
　　(1.6)
　　式中，NB(l)为液体组元 B 的物质的量；-为液体表面积；V 为液体体积；
　　为式(1.3)或(1.4)。
　　1.2溶液蒸发
　　1.2.1单一组元溶液蒸发
　　1.蒸发过程的热力学
　　在恒温恒压条件下，溶液中一个组元的蒸发过程可以表示为
　　达到平衡，有
　　蒸发过程的摩尔吉布斯自由能变化为
　　(1.7)
　　(1)气相以一个标准大气压的组元 B 为标准状态，液相以纯液态组元 B 为标准状态，浓度以摩尔分数表示，则
　　(1.8)
　　(1.9)
　　将式(1.8)、式(1.9)代入式(1.7)，得
　　(1.10)
　　式中，
　　(1.11)
　　K 为平衡常数，有
　　(1.12)
　　式中，和(B)为平衡状态值。
　　根据拉乌尔定律，在平衡状态，有
　　将式(1.13)代入式(1.12)，得
　　K = p*B (1.14)
　　将式(1.14)代入式(1.11)，得
　　(1.15)
　　将式(1.15)代入式(1.10)，得
　　(1.16)
　　(2)气相以一个标准大气压的组元 B 为标准状态，液相以符合亨利定律的假想的纯组元 B 为标准状态，浓度以摩尔分数表示，则
　　(1.17)
　　将式(1.8)和式(1.17)代入式(1.7)，得
　　(1.18)
　　式中，
　　(1.19)
　　其中，
　　(1.20)
　　根据亨利定律，在平衡状态，有
　　(1.21)
　　将式(1.21)代入式(1.20)，得
　　(1.22)
　　将式(1.22)代入式(1.19)，得
　　(1.23)
　　将式(1.23)代入式(1.18)，得
　　(1.24)
　　(3)气相以一个标准大气压的组元 B 为标准状态，液相以符合亨利定律的假想的 w(B)=wμ=1的溶液为标准状态，浓度以质量分数表示，则
　　(1.25)
　　将式(1.8)和式(1.25)代入式(1.7)，得
　　(1.26)
　　式中，
　　(1.27)
　　其中，
　　(1.28)
　　根据亨利定律，在平衡状态，有
　　(1.29)
　　将式(1.29)代入式(1.28)，得
　　(1.30)
　　将式(1.30)代入式(1.27)，得
　　(1.31)
　　将式(1.31)代入式(1.26)，得
　　(1.32)
　　(4)利用焓变、熵变计算。
　　在温度 T平，气-液两相平衡共存，升高温度到 T，溶液蒸气压升高，液体蒸发，蒸发过程的摩尔吉布斯自由能变化为
　　(1.33)
　　式中，
　　如果温度 T 和 T平相差大，则有
　　式中，ΔHm;B 为溶液中组元 B 的气化热；ΔSm;B 为溶液中组元 B 的气化熵。
　　2.蒸发过程的速率
　　在恒温恒压条件下，溶液中一个组元蒸发的速率为
　　(1)仅溶液表面蒸发：
　　(1.34)

目录
(上册)
前言
第1章 液体蒸发 1
1.1 纯液体蒸发 1
1.1.1 蒸发过程的热力学 1
1.1.2 蒸发过程的速率 2
1.2 溶液蒸发 3
1.2.1 单一组元溶液蒸发 3
1.2.2 多个组元同时蒸发 7
1.3 纯液体形成气泡核 11
1.3.1 形成气泡核的阻力 12
1.3.2 形成气泡核的摩尔吉布斯自由能变化 12
1.3.3 气泡核和气泡长大 13
1.3.4 气泡核形成速率 14
1.4 多元溶液形成气泡核 15
1.4.1 溶液中一个组元形成气泡核 15
1.4.2 溶液中多个组元共同形成气泡核 16
第2章 气体冷凝 21
2.1 纯气体冷凝 21
2.1.1 冷凝过程的热力学 21
2.1.2 冷凝过程的速率 22
2.2 多组元气体冷凝 23
2.2.1 一种气体冷凝 23
2.2.2 多种气体同时冷凝 27
2.3 纯气体冷凝形成液滴核 31
2.3.1 气体冷凝形成液滴核的热力学 31
2.3.2 气体冷凝形成液滴核的速率 31
2.4 混合气体冷凝形成液滴核 32
2.4.1 混合气体中一种气体冷凝形成液滴核 32
2.4.2 多种气体同时冷凝形成液滴核 34
第3章 固体升华 39
3.1 纯固体升华 39
3.1.1 升华过程的热力学 39
3.1.2 升华速率 40
3.2 多元固溶体的升华 41
3.2.1 一个组元升华 41
3.2.2 多个组元同时升华 45
第4章 气体凝结成固体 50
4.1 单纯气体凝结 50
4.1.1 凝结过程的热力学 50
4.1.2 凝结速率 51
4.2 多元气体凝结成固体 52
4.2.1 一种气体凝结 52
4.2.2 多种气体同时凝结成一种固溶体 56
4.2.3 多种气体凝结成多种纯物质固体 60
4.3 单纯气体凝结成晶核 62
4.3.1 单纯气体凝结成晶核的热力学 62
4.3.2 单纯气体凝结成晶核的速率 64
4.4 多元气体凝结成晶核 65
4.4.1 多元气体中只有一种凝结成晶核 65
4.4.2 多种气体凝结成多种纯物质晶核 67
4.4.3 多种气体凝结成一种固溶体晶核 69
第5章 溶解 73
5.1 气体溶解于液体——溶解后气体分子不分解 73
5.1.1 一种纯气体溶解 73
5.1.2 混合气体溶解 77
5.2 气体溶解于液体——溶解后气体分子分解 86
5.2.1 一种纯气体溶解 86
5.2.2 混合气体溶解 89
5.3 液体在液体中溶解 93
5.3.1 一种纯液体溶解 93
5.3.2 溶液中一个组元溶解 95
5.3.3 溶液中多个组元同时溶解 99
5.4 固体在液体中溶解 102
5.4.1 纯固体物质溶解 102
5.4.2 固溶体中一个组元溶解 105
5.4.3 多种纯固态物质同时溶解 107
5.4.4 固溶体中n个组元同时溶解 108
5.5 气体溶解于固体——溶解后气体分子不分解 110
5.5.1 一种纯气体溶解 110
5.5.2 混合气体中一种气体溶解 113
5.5.3 混合气体中多种气体同时溶解 114
5.6 气体溶解于固体——溶解后气体分子分解 115
5.6.1 一种纯气体溶解 115
5.6.2 混合气体中一种气体溶解 117
5.6.3 混合气体中多种气体同时溶解 118
5.7 液体在固体中溶解 120
5.7.1 一种纯液体溶解 120
5.7.2 溶液中一个组元溶解 123
5.7.3 溶液中多个组元同时溶解 125
5.8 固体溶解于固体 126
5.8.1 一个纯固体溶解 126
5.8.2 固溶体中一个组元溶解 128
5.8.3 固溶体中多个组元同时溶解 130
第6章 析出 132
6.1 气体从液体中析出——析出前后气体分子组成不变 132
6.1.1 一种气体从溶液中析出 132
6.1.2 多种气体同时从溶液中析出 136
6.2 气体从液体中析出——析出前后气体分子组成不同 139
6.2.1 一种气体从溶液中析出 139
6.2.2 多种气体同时从溶液中析出 141
6.3 气体从固体中析出——析出前后气体分子组成不变 143
6.3.1 一种气体从固体中析出 144
6.3.2 多种气体同时从固体中析出 146
6.4 气体从固体中析出——析出前后气体分子组成不同 149
6.4.1 一种气体从固体中析出 149
6.4.2 多种气体同时从固体中析出 151
6.5 液体从溶液中析出 153
6.5.1 一种液体从溶液中析出 153
6.5.2 多元液体从溶液中析出 155
6.5.3 溶质组元从一个溶剂中析出进入另一个溶剂 157
6.5.4 液相分层 158
6.6 液体从固体中析出 164
6.6.1 一种液体从固体中析出 165
6.6.2 多元液体同时从固体中析出 166
6.7 固体从液体中析出——溶液结晶 169
6.7.1 单一组元结晶 169
6.7.2 多组元同时结晶 170
6.7.3 从多组元溶液中析出一种固溶体晶体 172
6.8 固体从固体中析出 174
6.8.1 一种固体组元从固溶体中析出 174
6.8.2 另一种固溶体从固溶体中析出 175
6.8.3 固相分层 178
6.9 在气体过饱和的液体中形成气泡核——析出前后气体分子组成不变 184
6.9.1 形成一种气体气泡核 184
6.9.2 形成多种气体气泡核 190
6.10 在气体过饱和的固体中形成气泡核——析出前后气体分子组成不变 195
6.10.1 形成一种气体气泡核 195
6.10.2 形成多种气体气泡核 199
6.11 在气体过饱和液体中形成气泡核——析出前后气体分子组成变化 203
6.11.1 形成一种气体的气泡核 203
6.11.2 形成多种气体的气泡核 207
6.12 在气体过饱和的固体中形成气泡核——析出前后气体分子组成变化 211
6.12.1 形成一种气体气泡核 211
6.12.2 形成多种气体气泡核 215
6.13 在液体中形成液滴核 219
6.13.1 形成单一组元液滴核 219
6.13.2 形成多组元液滴核 222
6.14 在固体中形成液滴核 225
6.14.1 形成单一组元液滴核 225
6.14.2 形成多组元液滴核 228
6.15 在固体中形成晶核 231
6.15.1 形成纯物质晶核 231
6.15.2 形成多元固溶体晶核 234
第7章 熔化 238
7.1 纯物质的熔化 238
7.1.1 相变过程热力学 238
7.1.2 纯物质液-固两相的吉布斯自由能与温度和压力的关系 239
7.1.3 相变速率 241
7.2 二元系熔化 241
7.2.1 具有*低共熔点的二元系 241
7.2.2 具有稳定化合物的二元系 250
7.2.3 具有异分熔点化合物的二元系 257
7.2.4 具有液相分层的二元系 265
7.2.5 具有连续固溶体的二元系 277
7.2.6 具有不连续固溶体的二元系 285
7.3 三元系熔化 295
7.3.1 具有*低共熔点的三元系 295
7.3.2 具有同组成熔融二元化合物的三元系 310
7.3.3 具有异组成熔融二元化合物的三元系 323
7.3.4 具有低温稳定、高温分解的二元化合物的三元系 335
7.3.5 具有高温稳定、低温分解的二元化合物的三元系 351
7.3.6 具有同组成熔融三元化合物的三元系 370
7.3.7 具有异组成熔融三元化合物的三元系 383
7.3.8 具有晶型转变的三元系 395
7.3.9 具有液相分层的三元系 419
7.3.10 形成连续固溶体的三元系 434
7.4 n(>3)元系熔化 444
7.4.1 具有*低共熔点的n(>3)元系 444
7.4.2 具有*低共熔点的n(>3)元固溶体熔化 457