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一经典物理学理论(吉布斯相律)被证伪

已有 987 次阅读 2020-9-21 22:58 |个人分类:科学感想|系统分类:论文交流

当代热力学和物理化学的奠基人是美国物理学家约西亚·威拉德·吉布斯(Josiah Willard Gibbs)。在19世纪70年代,他提出相律(phase rule),描述了一种物质或一种物质混合物可以同时具有不同相的最大数量。对于纯物质,吉布斯相律预测最多有3个相。冷冻水在融化时可以同时表现为三种形式:液体、冰和气体。150年前,吉布斯相律解释了许多物质最多能同时存在三个相的原理。

埃因霍温工业大学(Eindhoven University of Technology)和巴黎萨克雷大学(University Paris-Saclay)的研究人员否定这一经典理论,他们证明了五相平衡,许多学者认为这是不可能的。这一新的知识为那些使用复杂混合物的行业提供了有用的见解,例如蛋黄酱、涂料或液晶显示器的生产。在《物理评论快报(Physical Review Letters)》上发表了他们的研究结果。

复杂分子系统研究所的Remco Tuinier教授说:“当时,爱因斯坦称吉布斯热力学是他真正信任的唯一理论。如果我们以水为例,有一点,在特定的温度和压力下,水同时以气体、液体和冰的形式存在。与Tuinier同一研究小组的助理教授Mark Vis补充道:“这个经典的吉布斯相律像岩石一样坚固,从未被人证伪过。”

Tuinier和他的同事们现在表明,在这种混合物中,存在着一系列环境,能同时存在四个相。甚至某个点可以五相共存。也就是所谓的五相平衡(five-phase equilibrium),一个气相,两个液晶相,和两个固相(“普通”晶体同时存在)。这是以前从未观察到的。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们现在表明,正是粒子的特定长度和直径起了主要作用。


Defying a 150-year-old rule for phase behavior

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/09/200918185116.htm


V. F. D. Peters, M. Vis, Á. González García, H. H. Wensink, R. Tuinier. Defying the Gibbs Phase Rule: Evidence for an Entropy-Driven Quintuple Point in Colloid-Polymer Mixtures. Physical Review Letters, 2020; 125 (12) DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.127803 



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