三、新相生成与亚稳状态（Formation of New Phase and Metastable State）

1.过饱和蒸气（Supersaturated Steam）

按照相平衡条件，将温度降低到露点以下，应当凝结而未凝结为液体的蒸气，称为过饱和蒸气。例如在0℃附近，水蒸气有时要达到5倍于平衡蒸气压的过饱和度，才开始自动凝结。其他如甲醇、乙醇及乙酸乙酯的蒸气也有类似情况。

过饱和蒸气之所以能够存在，是因为蒸气冷凝成液滴，从原有气相要产生一个新相——小液滴。根据Kelvin方程，新产生的小液滴的蒸气压大于平面液体的蒸气压，因此开始时的过饱和度尚未达到微小液滴的饱和状态，新相生成困难。而当蒸气中有灰尘存在或有其他固体粒子作为凝结中心时，可以大大降低其过饱和程度，使液滴核心易于生成及长大，人工降雨就是基于这个道理。

2.过热液体（Supetheated Liguid）

3.过冷液体（Supercooled Liquid）

产生过冷现象的主要原因是因为微小晶体的饱和蒸气压远大于普通晶体的饱和蒸气压，如图10—12所示。

图10—12 产生过冷液体

4.过饱和溶液（Super-saturated Solution）

按照相平衡条件，溶液的浓度大于一定温度下物质的饱和浓度尚未析出晶体的溶液，称为过饱和溶液。过饱和溶液的形成是由于微小晶体的溶解度大于普通晶体的溶解度。由于溶液最初析出的晶体粒子都很小，它的溶解度大于普通晶体，来不及长大又溶解了。因此要使微小晶体的新相产生并继续长大，溶液必须有足够的过饱和度。

在生产工艺的结晶操作中，若溶液的过饱和程度太大，将会生成很细小的晶粒，不利于过滤和洗涤，从而影响产品的质量。通常采用向结晶器中投入小晶体作为新相种子的方法，防止溶液的过饱和程度过高，以期获得较大颗粒的晶体。

5.新相生成与介安状态

上述产生的过饱和蒸气、过热液体、过冷液体和过饱和溶液等现象，其共同点是在系统中产生新相较为困难。从热力学的观点看，这是由于最初生成的新相颗粒极其微小，比表面很大，相应的表面吉布斯自由能也很高，使系统处于不稳定状态。虽然实际上它能较长时间存在，但系统并不是处于真正的平衡状态。

通常把这种热力学不稳定而又能长时间存在的状态称为亚稳状态或介安状态。亚稳状态之所以能维持相当长时间，与新相种子难以形成有一定联系。