核化

一種物質在一種比較稀疏的處於亞穩態的初始相中，從某一部位開始產生另一種比較密集的穩態新相的相變過程。

中文名稱	核化
英文名稱	nucleation
定　　義	一種物質在一種比較稀疏的處於亞穩態的初始相中，從某一部位開始產生另一種比較密集的穩態新相的相變過程。
套用學科	大氣科學（一級學科），大氣物理學（二級學科）

基本介紹

• 中文名：核化
• 外文名：nucleation
• 學科分支：大氣物理學

描述

簡單來說，核化描述的就是某種物質相態的變化。大氣研究中，通常研究的是雲霧質粒的形成過程，水的核化過程則為研究重點。大氣中存在著各種氣溶膠粒子，但並不是任何粒子都能起到核的作用，只有半徑小於10納米的核才具有這種條件。對於水來說，冰點以下的液態水是處於亞穩態的初始相，穩態的新相是冰。在汽—水和汽—冰這兩種變化中，即會發生凝結核化和凝華核化過程。

種類

同質核化

表示單一相態分子中沒有其他物質存在時發生的核化。對水而言，是以水分子為核心，水汽自發核化的過程。包括：同質凝結核化、同質凝華核化和同質凍結核化。

（1）同質凝結核化：空氣中水汽較充沛時，水分子會聚集結合成微滴，當微滴尺度達到某個閾值時，水汽分子才能克服由於溫度和密度造成的微觀起伏，自發地排列成團，形成微水滴（如圖1）。反之，尺度在閾值以下的微滴會蒸發消失。由於條件嚴苛，自然條件下是不可能發生水汽同質凝結核化的。

圖1 同質凝結核化過程

（2）同質凝華核化：當溫度過低時，水汽跳過凝結過程直接凝華成冰相。該過程比同質凝結核化困難得多。

（3）同質凍結核化：當水汽過飽和時並不直接轉變為冰，而是先轉變為過冷水，再由過冷水形成冰胚。自發凍結時，水分子以液水的結構排列，而並非按凍的結構存在。必須先破壞原本結構、改變水分子位置及方向，才能在水中形成冰相。

異質核化

以非同類物質作為核心的核化現象。通常水汽會在帶電離子特別是負離子上發生凝結。是因為微水滴負氧端指向外，正氫端向內，負離子表面分布有負電荷，正好和正氫端相接，造成異號相吸的形勢，因此負離子在較低過飽和度的條件下就開始成核。

此外，在潮濕環境下的平石板、牆面，浴室的鏡面、瓷磚表面上也易發生水汽的異質核化凝結現象。