§ 303. Критична температура

Якщо деяку кількість рідини помістити в закриту посудину, то частина рідини випарується і над рідиною буде насичена пара. Тиск, отже, і щільність цієї пари залежить від температури. Щільність пари зазвичай значно менша за щільність рідини при тій же температурі. Якщо підвищити температуру, то щільність рідини зменшиться (§ 198), тиск і щільність насиченої пари зростуть. У табл. 22 наведено значення щільності води та насиченої водяної пари для різних температур (а отже, і для відповідних тисків). На рис. 497 ці дані наведені у вигляді графіка. Верхня частина графіка показує зміну густини рідини залежно від її температури. При підвищенні температури густина рідини зменшується. Нижня частина графіка показує залежність щільності насиченої пари від температури. Щільність пари збільшується. При температурі, що відповідає точці , щільності рідини та насиченої пари збігаються.

Мал. 497. Залежність щільності води та її насиченої пари від температури

Таблиця 22. Властивості води та її насиченої пари при різних температурах

З таблиці видно, що чим вище температура, тим менша різниця між щільністю рідини та щільністю її насиченої пари. За деякої температури (у води при ) ці щільності збігаються. Температуру, при якій щільності рідини та її насиченої пари збігаються, називають критичною температурою даної речовини. На рис. 497 їй відповідає точка. Тиск, що відповідає точці, називають критичним тиском. Критичні температури різних речовин сильно відрізняються між собою. Деякі їх наведено у табл. 23.

Таблиця 23Критична температура та критичний тиск деяких речовин

На що вказує існування критичної температури? Що буде за ще більш високих температур?

Досвід показує, що при температурах, вищі за критичну, речовина може перебувати тільки в газоподібному стані. Якщо ми будемо зменшувати обсяг, зайнятий парою, при температурі вище критичної, то тиск пари зростає, але він не стає насиченим і продовжує залишатися однорідним: хоч би як великий тиск, ми не виявимо двох станів, розділених різким кордоном, як це завжди спостерігається при нижчих температурах внаслідок конденсації пари. Отже, якщо температура якої-небудь речовини вище критичної, то рівновага речовини у вигляді рідини і пари, що стикається з нею, неможливо ні при якому тиску.

Критичний стан речовини можна спостерігати за допомогою приладу, зображеного на рис. 498. Він складається із залізної коробки з вікнами, яку можна нагрівати вище («повітряна лазня»), і скляної ампули з ефіром, що знаходиться всередині лазні. При нагріванні лазні меніск в ампулі піднімається, стає більш плоским і зникає, що і свідчить про перехід через критичний стан. При охолодженні лазні ампула раптово каламутніє внаслідок утворення безлічі дрібних крапель ефіру, після чого ефір збирається в нижній частині ампули.

Мал. 498. Прилад спостереження критичного стану ефіру

Як очевидно з табл.22, у міру наближення до критичної точки питома теплота пароутворення стає дедалі менше. Це тим, що з підвищенні температури зменшується відмінність внутрішніх енергій речовини у рідкому і пароподібному станах. Справді, сили зчеплення молекул залежить від відстаней між молекулами. Якщо щільності рідини та пари відрізняються мало, то мало відрізняються і середні відстані між молекулами. Отже, при цьому мало відрізнятимуться і значення потенційної енергії взаємодії молекул. Друге доданок теплоти пароутворення – робота проти зовнішнього тиску – теж зменшується в міру наближення до критичної температури. Це випливає з того, що чим менша відмінність у щільності пари і рідини, тим менше розширення, що відбувається при випаровуванні, і, отже, тим менша робота, що здійснюється при випаровуванні.

На існування критичної температури вперше вказав на 1860г. Дмитро Іванович Менделєєв (1834-1907), російський хімік, який відкрив основний закон сучасної хімії – періодичний закон хімічних елементів. Великі досягнення у вивченні критичної температури має англійський хімік Томас Ендрюс, який зробив докладне вивчення поведінки вуглекислоти при ізотермічній зміні займаного нею обсягу. Ендрюс показав, що при температурах нижче в замкнутій посудині можливе співіснування вуглекислоти в рідкому та газоподібному станах; при температурах вище таке співіснування неможливе і вся посудина наповнена тільки газом, як би не зменшувати його обсяг.

Після відкриття критичної температури стало зрозуміло, чому довго не вдавалося перетворити на рідину такі гази, як кисень чи водень. Їхня критична температура дуже низька (табл. 23).Щоб перетворити ці гази на рідину, їх потрібно охолодити нижче критичної температури. Без цього всі спроби їхнього зрідження приречені на невдачу.

Критична температура – вода – Велика Енциклопедія Нафти та Газа

Критична температура води дорівнює 374; цій температурі відповідає тиск р – 225 ата.
[1]

Критична температура води дорівнює 374 0 С, критичний тиск – 221 4 атм (еталонний тиск) та критичний об'єм – 45 мл/моль.
[2]

Нагрівання перегрітою водою Критична температура води дорівнює 374; цій температурі відповідає тиск р225 ата.
[4]

Визначимо критичну товщину льоду та критичну температуру води, при яких відбудеться повне замерзання води в трубі за цих умов.
[5]

При температурах, близьких до критичної температури води, неможливо виявити прояв будь-яких елементів квазікристалічності. Однак у звичайних умовах, у яких визначається теплота гідратації, квазікристалічна структура повинна мати важливе значення для енергетики процесу гідратації. Ця ідея була вперше висловлена ​​Берналом і Фаулером, а потім ними та багатьма іншими авторами використовувалася при розрахунку теплот гідратації.
[6]

Але вже при наближенні до критичної температури води на ізотермах з'являється опуклість до осі тисків, яка в міру підвищення температури стає все більш виразною і при температурах, досить близьких до критичної температури води (наприклад, 348 і 373 С Li2SO4 – h3O, 372 С K2SO4 – h3O, 370 С KLiSO4 – Н2О, 350 З Na4SO4 – Н2О), стає дуже чітко вираженою.
[8]

При температурах, що наближаються до критичної температури води, коли розчинність окремо взятих солей дуже мала, евтонічні розчини потрійної системи дуже концентровані і, наприклад, при 370 С містять – 50 вагу. У відсутність хімічних взаємодій, що призводять до утворення нових кристалічних фаз, цей факт підвищення розчинності можна пояснити тільки тим, що принаймні за вказаних температур евтонічні розчини відокремлені від прикордонних розчинів подвійних систем областю розшаровування.
[10]

Область рівноваг рідина-газ стягується в крапку при критичній температурі води, друга область існує і при температурах, що перевищують критичну температуру води. Критичні точки другої області рівноваг характеризуються різким збільшенням тиску у разі зростання температури.
[12]

Остання при температурах, що майже збігаються з критичною температурою води, переходить у надкритичний стан.
[13]

Однак діапазон робочих температур тут різко обмежений значеннями критичних температур води – 374 С та етанолу – 243 С.Тільки в цьому вузькому інтервалі температур (243-374 С) термодинамічно можуть співіснувати газоподібний етанол і рідка вода. Щоб вода не випаровувалась, тиск має бути, очевидно, вищим за критичний тиск води, який при / 374 С становить 21 7 МПа. Критична температура етилену 9 7 С значно менша і не визначає робочої температури процесу.
[14]

У кожної речовини є своя критична температура (наприклад, критична температура води 374 С, кисню – 118 С, водню – 240 С, гелію – 268 С.).
[15]

Критична точка (термодинаміка) – frwiki.wiki

Не слід плутати з потрійною точкою.

Для однойменних статей див. Критичний момент.

Критична точка з чистої речовини є точкою в температура – тиск діаграми, як правило, позначається через C, де рідина – газ рівноважною кривою кінцях. Температура Т _З, а тиск Р _З критичної точки називають критичною температурою і критичний тиск чистої речовини. Молильний об'єм та щільність чистої речовини при цій температурі та тиску ( V _C і р _З ) називаються критичним обсягом і щільністю критичної (частіше, але неправильно, критична щільність ).

Вище критичної температури, як і вище критичного тиску, неможливо спостерігати зміну стану рідина-газ, рідина називається надкритичної .

Резюме

• 1 Особливості
  • 1.1 Критична опалесценція
  • 1.2 Обхід критичної точки
  • 4.1 Пов'язані статті
  • 4.2 Зовнішні посилання

  Характеристики
  

  Тривимірний графік молярного об'єму – температури – тиску (ВТП).

  Ізотерми на діаграмі молярний об'єм – тиск (ВП).

  Вздовж газорідинної рівноважної кривої (яка починається від тверде тіло-рідина-газ потрійної точки, як правило, позначається Т ), різниця щільностей між рідиною і газом ,, зменшується, поки вона не дорівнює нулю в точці критичного C . У цей час всі характеристики двох фаз (показник заломлення, питома теплоємність тощо. буд.) стають ідентичними.
  ρл-ρграм> – \ rho _ >>

  При температурах і тисках вище, ніж у критичної точки, рідина є надкритичною: ми більше не можемо відрізнити рідку фазу від газової фази, ми безперервно переходимо від властивостей рідини (при високому тиску та відносно низькій температурі) до властивостей газу (при відносно низькому тиску і високої температури): чиста речовина тоді кваліфікується як надкритична рідина.

  Якщо ми змінимо температуру і тиск так, щоб репрезентативна точка на діаграмі температура-тиск рухалася, не перетинаючи криву рівноваги, ми спостерігаємо лише безперервну еволюцію, навіть якщо ми почнемо з точки в рідкій області, щоб досягти точки в газовій сфері. Тільки при перетині цієї лінії можна спостерігати фазовий перехід рідина → газ (випар) або газ → рідина (зрідження).

  Іноді ми говоримо про критичному стані рідини, температура і тиск якої близькі до критичної точки, цей стан має незвичайні властивості, такі як критична опалесценція. Але це стан матерії у сенсі термодинаміки (відсутність розмежування змінами стану ).

  Ми також говоримо про надкритичний стан для стану надкритичної рідини. Строго кажучи, це стан речовини у сенсі термодинаміки, а проміжна ситуація між рідким станом і газоподібним станом і нерозривно з цими двома станами.

  Критична опалесценція

  Якщо ми розглянемо перехід при постійній температурі, дуже близькій до критичної точки, ми побачимо, що «невеликий» перепад тиску викликає «велику» зміну об'єму: нескінченна стисливість в критичній точці, крихітний перепад тиску. значні варіації обсягом і щільності. Властивості, що залежать від щільності (діелектрична проникність, показник заломлення) погано визначаються при проходженні критичної точки. У статистичних флуктуаціях стають макроскопічними: рідина поводить себе на світло як зосереджена туман; говорять про «феномен критичної опалесценції». Історично опис цих флуктуацій Ейнштейном та Смолуховським був важливим кроком на шляху до торжества атомістичних теорій.

  Обійти критичну точку

  Можна досить легко провести експеримент, відомий як «обхід критичної точки», який полягає у переведенні тіла з рідкої фази в газоподібну, перетинаючи лінію фазового переходу на діаграмі TP (наприклад, підвищуючи температуру при постійному тиску. ), потім повернутися до початкових умов, не перетинаючи їх (змінюючи і тиск, і температуру так, щоб критична точка була обійдена), отже, без видимого переходу, потім почати знову стільки разів, скільки потрібно : таким чином, спостерігається послідовність явищ кипіння, розділених безперервними еволюціями без видимих ​​проявів та, отже, без конденсації. Це явище обходу критичної точки використовується під назвою надкритичної сушки для повного висушування зразка без його руйнування, зокрема, за допомогою електронної мікроскопії.

  Приклади

  Кожне хімічне тіло має критичну точку, що характеризується критичною температурою ( T _C ), критичним тиском ( P _C ) та критичною щільністю (або масовим обсягом) ( V _C або ρ _C ).

  • Вода (H ₂ O): T_c = 374,15 ° C , P_c = 22,12 МПа (221,2 бар, приблизно 220 атм).
  • Метан (CH ₄ ): T_c = -82,6 ° C, P_C = 4600 кПа.
  • Етилен (C ₂ H ₄ ): T_c = 9,19 ° C , P_c = 5060 кПа.

  Примітки та посилання
  

  1. ↑ (in) Властивості води та пари в одиницях СІ – 1969 Підготовлено Ернстом Шмідтом, Springer Verlag Berlin Heidelberg New York – Р. Ольденбург Мюнхен
  2. ↑ (in) «вода» в NIST/WebBook
  3. ↑ Прес-реліз CNRS (Франція) « Перші наукові результати приладу DECLIC», залишений на МКС 25 серпня (Париж, 31 березня 2010 р.)
  4. ↑ a і b (in) Івона Овцарек і Крістіна Блазей, « Критичні температури, що рекомендуються. Частина I. Аліфатичні вуглеводні», Journal of Physical and Chemical Reference Data, Vol. 32, по 4, 4 серпня 2003, стор 1411 (DOI 10.1063/1.1556431).
  5. ↑ a і b (in) Івона Овцарек і Крістіна Блазей, « Рекомендовані критичні тиски. Частина I. Аліфатичні вуглеводні», Journal of Physical and Chemical Reference Data, Vol. 35, по 4, 18 вересня 2006, стор 1461 (DOI 10.1063/1.2201061).

  Дивіться також

  Статті по темі

  • Надкритична рідина
  • Формула Клапейрона
  • Метод Joback
  • Ідеальний газ
  • Справжній газ
  • Потрійна точка

  Зовнішні посилання

  • Сторінка Р г П'єр Карлес, науковий співробітник CNRS (Франція) та професор механіки рідини на Жюсьє.
  • Пародидкісний, то термодинаміка Звичайно з Р г Клод Сен-Бланк, викладач, спеціаліст в передачі тепла.
  • Критична точка СО2: відео експерименту.
  • Твердий стан
  • Рідкий стан
  • Газоподібний стан
  • Стан плазми
  • Рідина
  • Конденсат Бозе-Ейнштейна
  • Ферміонний конденсат
  • Надплинність
  • Надтвердість
  • Вироджена матерія
  • Кварк-глюонна плазма
  • Надкритична рідина
  • Колоїд
  • Поліфазний стан
  • Мезофаза
  • Рідкокристалічний
  • Чорна діра
  • Конденсат Бозе-Ейнштейна
  • Крива охолодження
  • Фазова діаграма
  • Фаза переходу
  • Скло
  • Потрійна точка
  • Критична точка
  • Рівняння стану
  • Поліморфізм
  • Поліаморфізм
  • Полісоматизм
  • Переохолодження
  • Згуртованість
  • Зміна стану температури та тиску
    • Точка злиття
    • Точка кипіння
    • Крапка сублімації
    • Формула Клапейрона
    • Формули Еренфесту
    • злиття
    • сублімація
    • випаровування
    • Азеотроп
    • Конгруентна точка плавлення
    • Закон Рауля
    • Закон Генрі
    • Евтектика
    • Рівняння Шредера-ван Лаара

    

    Розуміння надкритичної води – Renmatix

    Вода, яка не є рідиною, газом чи твердим тілом, є силою Plantrose.

    Технологія Plantrose використовує воду для розщеплення рослин та перетворення їх на складові рослин для використання в інноваційних інгредієнтах екологічно чистих та оздоровчих продуктів.

    У процесі виробництва плантроз вода діє як розчинник і каталізатор, декристалізуючи і розчиняючи целюлозу і гідролізуючи полімери рослини, що зустрічаються в природі. Вода здатна на це, тому що вона реагує у надкритичних умовах – як надкритична вода (вода під тиском за високої температури).

    Слідкуйте за надкритичною реакцією у сповільненій зйомці, щоб візуалізувати, як руйнуються частки під час перетворення Plantrose.

    Що таке надкритична вода?

    Щоб зрозуміти надкритичну воду, ви повинні уявити, що відбувається зі звичайною водою, коли до неї застосовуються високі температури та високий тиск.При температурі 373°C та тиску 220 бар звичайна вода стає надкритичною водою. «Надкритичне» можна як «четверте стан» матеріалу. Це не тверде тіло, не рідина та не газ, а виглядає як пара.

    Отже, щоб уявити надкритичну воду, згадайте знайомий приклад: кипляча вода на плиті. Коли каструля з водою закипить, можна натиснути на воду і не дати їй закипіти; це відбувається, коли ми накриваємо цю каструлю кришкою (або, у більш екстремальному прикладі, те, що відбувається у скороварці). Ця дія збільшує тиск – так що вода насправді досягає вищої температури і перевищує нормальну точку кипіння – доти, доки ви не перевищите певну вищу температуру, а потім раптово вона знову почне кипіти.

    А тепер уявіть, що ви перебуваєте в лабораторії, і у вас є обладнання для ще більшого тиску на воду, і вона знову перестане кипіти. Ви можете продовжувати підвищувати температуру, а потім тиск і температуру, доки не дійдете приблизно до 373 градусів Цельсія. У той час, коли ви досягаєте критичної точки, ви не можете стиснути воду назад у рідину – вона завжди залишається в чомусь схожому на пару. Вона повністю стискається (на відміну від води в рідкій фазі, яка не стискається). Ось де вода стає надкритичною.

    Надкритична рідина – це будь-яка речовина при температурі та тиску вище її критичної точки, в якій не існує окремих рідких та газоподібних фаз. Він може проникати через тверді тіла, як газ, і розчиняти матеріали, як рідина.Крім того, поблизу критичної точки невеликі зміни тиску або температури призводять до великих змін щільності, що дозволяє точно налаштувати багато властивостей надкритичної рідини.

    Надкритичні рідини підходять для заміни органічних розчинників у ряді промислових та лабораторних процесів. Вуглекислий газ і вода є часто використовуваними надкритичними рідинами, які використовуються для видалення кофеїну в каві і для виробництва ядерної енергії відповідно.

    — Секелі, «Що таке надкритична рідина?», Будапештський технологічний та економічний університет

    Важливість температури води

    Чому важлива температура?

    Температура є важливим параметром якості води та навколишнього середовища, оскільки вона визначає види та типи водного життя, регулює максимальну концентрацію розчиненого кисню у воді та впливає на швидкість хімічних та біологічних реакцій.

    Організми в межах екосистеми мають переважні температурні режими, які змінюються в залежності від пори року, віку організму чи стадії життя та інших факторів довкілля. Що стосується хімічних та біологічних реакцій, то чим вище температура води, тим вища швидкість хімічних та метаболічних реакцій і тим менша кількість розчинених газів, які вона може містити.

    Сезонні коливання температури струмка можуть бути викликані зміною температури повітря, кута нахилу сонця, метеорологічними явищами та рядом фізичних аспектів, пов'язаних із струмком та вододілом.Ці фізичні характеристики включають походження струмка, швидкість, типи рослинності та покриття, конфігурацію струмка, землекористування та відсоток непроникної площі у вододілі. Наприклад, вузька, глибока добре затінена берегова лінія знижує вплив сонячного нагрівання; в той час як широкий дрібний струмок буде більше схильний до сонячного нагрівання.

    У теплих струмках температура не повинна перевищувати 89 °F. Потоки холодної води повинні перевищувати 68 °F. Часто літня спека може призвести до загибелі риби у ставках, тому що високі температури зменшують доступний розчинений кисень у воді.
    ‍

    Температура (калькулятор індексу якості води)
    На основі зміни температури за еталонним сайтом

    Джерело зображення: NSF Consumer Resources Індекс

    Температура потоку вимірюється у двох місцях. Контрольний майданчик знаходиться вгору за течією від будь-якого джерела теплового забруднення, такого як вода, що випливає з електростанції, або більш тепла вода з припливу струмка. Випробувальний полігон знаходиться нижче за течією передбачуваного джерела теплового забруднення. Порівняння температури води між двома ділянками дозволить зафіксувати наявність та величину теплового забруднення.

    На контрольному майданчику вгору за течією помістіть термометр приблизно 0,5 дюйма від незатіненого дна струмка або на кілька дюймів нижче поверхні води. Тримайте термометр у воді, доки не буде досягнуто постійних показань (приблизно дві хвилини). Потім на тій же ділянці спробуйте виміряти температуру води в тіні. Зосередьте дві температури; усереднена температура стає температурою контрольної ділянки.

    Запишіть свої виміри у градусах Цельсія. (Щоб перетворити градуси Фаренгейта на градуси Цельсія, відніміть 32 і помножте на 5/9.)

    Повторіть процедуру на найближчому випробувальному полігоні.

    Рубрики

    • повернення грошей
    • обмін
    • Оплата при отриманні
    • швидка доставка
    • 100% безпека платежів