相

在物理學中相是指一個宏觀物理系統所具有的一組狀態，也通稱為物態。處於一個相中的物質擁有單純的化學組成和物理特性（如密度、晶體結構、折射率等）。最常見的物質狀態有固態、液態和氣態，俗稱“物質三態”。少見一些的物質狀態包括等離子態、夸克-膠子等離子態、玻色-愛因斯坦凝聚態、費米子凝聚態、酯膜結構、奇異物質、液晶、超液體、超固體和磁性物質中的順磁性、逆磁性等等。

系統中相的總數目稱為相數，根據相數不同，可以將系統分為單相系統和多相系統。 ^[1] 

根據系統中物質存在的形態和分佈不同，將系統分為相（phase）。相是指在沒有外力作用下，物理、化學性質完全相同、成分相同的均勻物質的聚集態。所謂均勻是指其分散度達到分子或離子大小的數量級（分散粒子直徑小於10^-9m）。相與相之間有明確的物理界面，超過此界面，一定有某宏觀性質（如密度，組成等）發生突變。物質在壓強、温度等外界條件不變的情況下，從一個相轉變為另一個相的過程稱為相變。相變過程也就是物質結構發生突然變化的過程。

通常任何氣體均能無限混合，所以系統內無論含有多少種氣體都是一個相，稱為氣相。均勻的溶液也是一個相，稱為液相。浮在水面上的冰不論是2 kg還是1 kg ，不論是一大塊還是一小塊，都是同一個相，稱為固相。相的存在和物質的量的多少無關，可以連續存在，也可以不連續存在。

系統內相的數目為相數，用P表示∶

氣體：一般是一個相，如空氣組分複雜。

液體：視其混溶程度而定，可有1、2、3…個相。

固體：一般有幾種物質就有幾個相，如水泥生料。但如果是固溶體時為一個相。

固溶體：固態合金中，在一種元素的晶格結構中包含有其它元素的合金相稱為固溶體。在固溶體晶格上各組分的化學質點隨機分佈均勻，其物理性質和化學性質符合相均勻性的要求，因而幾個物質間形成的固溶體是一個相。

系統中物理狀態、物理性質和化學性質完全均勻的部分稱為一個相（phase）。系統裏的氣體，無論是純氣體還是混合氣體，總是一個相。若系統裏只有一種液體，無論這種液體是純物質還是（真）溶液，也總是一個相。若系統中有兩種液體，如乙醚與水，中間以液-液界面隔開，為兩相系統，考慮到乙醚裏溶有少量水，水裏也溶有少量乙醚，同樣只有兩相。同樣，不相溶的油和水在一起是兩相系統，激烈振盪後油和水形成乳濁液，也仍然是兩相（一相叫連續相，另一相叫分散相）。不同固體的混合物，是多相系統，如花崗石（由石英、雲母、長石等礦物組成），又如無色透明的金剛石中有少量的黑色的金剛石，都是多相系統。相和組分不是一個概念，例如，同時存在水蒸氣、液態的水和冰的系統是三相系統，儘管這個系統裏只有一個組分——水。一般而言，相與相之間存在着光學界面，光由一相進入另一相會發生反射和折射，光在不同的相里行進的速度不同。混合氣體或溶液是分子水平的混合物，分子（離子也一樣）之間是不存在光學界面的，因而是單相的。不同相的界面不一定都一目瞭然。更確切地説，相是系統裏物理性質完全均勻的部分。

在體系內部物理和化學性質完全均勻的一部分。相與相之間在指定條件下有明顯界面，在界面上，從宏觀角度看性質的改變是突越式的。

相律作為物理化學中最具有代表性的規律之一，是吉布斯根據熱力學原理得出的，它用於確定相平衡系統中能夠獨立改變的變量個數。相和相數、自由度和自由度係數是用來推導相律的基本概念。

自由度是指維持系統相數不變情況下，可以獨立改變的變量（如温度、壓力、組成等），其個數為自由度數，用F表示。如純水在氣、液兩相平衡共存時，若改變温度同時要維持氣液兩相共存，則系統的壓力必須等於該温度下的飽和蒸汽壓而不能任意選擇，否則會有一個相消失。同樣，若改變壓力，温度也不能任意選擇。即水與水蒸氣兩相平衡系統中，能獨立改變得變量只有一個，即自由度數F=1。又如任意組成的二組分鹽水溶液與水蒸氣兩相平衡系統，可以改變的變量有三個：温度、壓力（水蒸氣壓力）和鹽水溶液的組成。但水蒸氣壓力是温度和溶液組成的函數，故這個系統的自由度數F=2。若鹽是過量的，系統中為固體鹽、鹽的飽和水溶液與水蒸氣三相平衡。當温度一定時，鹽的溶解度一定，因而水蒸氣壓力也一定，能夠獨立改變的變量只有一個，故系統的自由度數F=1。

要確定一個相平衡系統的自由度數，對於簡單的系統可憑經驗加以判斷，但對複雜系統，如多相、多組分相平衡系統，則需要藉助相律加以確定。

相律的主要目的是確定系統的自由度數，即獨立變量個數，其基本思路為：

自由度數=總變量數-非獨立變量數

任何一個非獨立變量，它總可以通過一個與獨立變量關聯的方程式來表示，具有多少非獨立變量，一定對應多少關聯變量的方程式，故有：

自由度數=總變量數-方程式數

總變量數包括温度、壓力及組成。方程式數：系統中P個相就有P個關聯組成的方程。

化學化工生產中對產品進行分離、提純時離不開蒸餾、結晶、萃取等各種單元操作，而這些單元操作過程中的理論基礎就是相平衡原理。此外在冶金、材料、採礦、地質等行業過程中，也需要相平衡的知識。

相平衡研究的一項主要內容是表達一個相平衡系統的狀態如何隨其組成、温度、壓力等變量而變化，而要描述這種相平衡系統狀態的變化，主要有兩種方法：一是從熱力學的基本原理、公式出發，推導系統的温度、壓力與各相組成間的關係，並用數學公式予以表示，如克拉佩龍方程、拉烏爾定律等；另一種方法是用圖形表示相平衡系統温度、壓力、組成間的關係，這種圖形稱為相圖。

相平衡（phase equilibrium） 在一定的條件下，當一個多相系統中各相的性質和數量均不隨時間變化時，稱此係統處於相平衡。此時從宏觀上看，沒有物質由一相向另一相的淨遷移，但從微觀上看，不同相間分子轉移並未停止，只是兩個方向的遷移速率相同而已。

相平衡條件：相平衡時任一物質在各相中的化學勢相等。