介穩狀態

介穩狀態(Metastable state) 又稱亞穩狀態。當溫度、壓力和其他決定體系狀態的因素稍微離開其真正平衡數值時，在某種條件下，體系仍可具有一定的穩定性，此時體系所處的狀態稱為介穩狀態。如不與冰接觸的過冷(稍低於水的冰點)水，不與純溶質接觸的“過飽和溶液”等，都處於介穩狀態。

由於體系比表面增大所引起的飽和蒸氣壓升高、晶體的溶解度增加等一系列表面現象，只有在顆粒半徑很小時，才能達到可以覺察的程度。在通常情況下，這些表面現象是完全可以忽略不計的。但在蒸氣的冷凝、液體的凝固和溶液的結晶等過程中，由於最初生成新相的顆粒是極微小的，其比表面和表面吉氏函數都很大，體系處於不穩定狀態。因此，在體系中產生一個新相是比較困難的。由於新相難以生成，因此引起各種過飽和現象。例如，蒸氣的過飽和、液體的過冷或過熱以及溶液的過飽和等現象。

在科學研究和日常生活中，都會遇到許多處於亞穩狀態的過飽和現象，如過飽和蒸氣、過熱液體、過冷液體和過飽和溶液等。

在高空中如果沒有灰塵，水蒸氣可達到相當高的過飽和程度而不致凝結成水。此時高空中的水蒸氣壓力雖然對水平液面的水來說已經是過飽和狀態，但對將要形成的微小水滴來說則尚未飽和，小水滴難以形成。過飽和蒸氣的化學勢雖比同溫度的平面液體的高，但比欲生成的半徑很小的小液滴的化學勢低，故能穩定存在，處於亞穩狀態。當蒸氣中有灰塵存在或容器的內表面粗糙時，這些物質可以成為蒸氣的凝結中心，使液滴核心易於生成及長大，在蒸氣的過飽和程度較小的情況下，蒸氣就可開始凝結。人工增雨的原理就是當雲層中的水蒸氣達到飽和或過飽和的狀態時，在雲層中用飛機噴撒微小的氯化銀顆粒，此時氯化銀顆粒就成為水的凝結中心，使新相(水滴)生成時所需要的過飽和程度大大降低，雲層中的水蒸氣就容易凝結成水滴而落向大地。

在表面光潔的容器中加熱純凈的液體，如果在液體中沒有可提供新相種子(氣泡)的物質存在時，當溫度升至沸點時液體將難以沸騰。這主要是因為液體在沸騰時，不僅在液體表面上進行氣化，而且在液體內部要自動地生成極微小的氣泡(新相)。但由於彎曲液面的附加壓力，使氣泡難以生成。

在恆定的外壓下冷卻液體，若溫度低於該壓力下的凝固點仍不發生凝結，這種液體就稱為過冷液體。產生過冷現象是因為液體凝固時剛出現的固體必然是微小晶體，它的飽和蒸氣壓大於同溫度下一般晶體的飽和蒸氣壓，因而新相微小晶體的熔點低於普通晶體的熔點。在正常凝固點Tf時，液體的飽和蒸氣壓或化學勢等於大塊晶體的飽和蒸氣壓或化學勢，但小於微小晶體的飽和蒸氣壓或化學勢，故微小晶體不可能存在，凝固不能發生。溫度下降時，液體與固體的蒸氣壓都減小，但固體減小得更多。在溫度降低為Tf‘時，微小晶體與液體的蒸氣壓相等，微小晶體就能夠產生，凝固就能發生。溫度為Tf-Tf‘之間的過冷液體就處於亞穩狀態。過冷液體也很常見，很純的水冷到-40℃仍可呈液態而不結冰。

將某固體的不飽和溶液不斷加熱蒸發(或降低溫度)，當達到飽和溶液濃度時，固體仍沒結晶出來，這就是過飽和現象。微小晶體的溶解度大於正常溶解度，如有一杯熱溶液，任其自然冷卻，當溫度降到飽和點時，本應有晶體開始析出，但因剛凝成的晶粒十分微細，普通晶體已達飽和溶液，微小晶體的溶解度較大，還遠未飽和，此時，微小的晶粒即使出現，也會立即消失，導致溶液出現過飽和狀態。

過飽和溶液處於亞穩狀態，只要稍受外界干擾，如加入晶種，加以攪拌，或摩擦容器壁等都能促進新相種子的生成，使晶體儘快析出。在結晶操作中，如過飽和程度太大，生成的晶體就很細小，不利於過濾和洗滌。為獲得大顆粒晶體，可在過飽和程度不太大時投入品種。從溶液中結晶出來的晶體往往大小不均，此時溶液對小晶體是不飽和的，對大晶體是過飽和的，採用延長時間的方法可使微小晶體不斷溶解而消失，大晶體則不斷長大，粒子逐漸趨向均勻，稱為陳化。