Kritična temperatura. Kritična tačka (termodinamika) Fizika kritične tačke
Kritična temperatura faznog prijelaza- vrijednost temperature na kritičnoj tački. Iznad kritične temperature, plin se ne može kondenzirati ni pod kojim pritiskom.
Fizičko značenje
U kritičnoj tački, gustina tečnosti i njene zasićene pare postaju jednake, a površinski napon tečnosti pada na nulu, tako da granica tečnosti-para nestaje.
Za mješavinu supstanci, kritična temperatura nije konstantna vrijednost i može se predstaviti prostornom krivom (ovisno o proporciji sastavnih komponenti), čije su ekstremne tačke kritične temperature čistih supstanci - komponenti mešavina o kojoj je reč.
Kritična tačka na dijagramu stanja supstance odgovara graničnim tačkama na krivuljama fazne ravnoteže u blizini tačke, fazna ravnoteža je narušena i dolazi do gubitka termodinamičke stabilnosti u gustini supstance. Na jednoj strani kritične tačke supstanca je homogena (obično na texvc nije pronađeno; Pogledajte math/README za pomoć pri postavljanju.): T > T_(crit)), a s druge strane, dijeli se na tekućinu i paru.
U blizini točke uočavaju se kritični fenomeni: zbog povećanja karakterističnih veličina fluktuacija gustoće, raspršivanje svjetlosti naglo se povećava pri prolasku kroz supstancu - kada veličina fluktuacija dosegne red stotina nanometara, tj. , talasne dužine svetlosti, supstanca postaje neprozirna - primećuje se njena kritična opalescencija. Povećanje fluktuacija također dovodi do povećane apsorpcije zvuka i povećanja njegove disperzije, promjene prirode Brownovog kretanja, anomalija viskoziteta, toplinske provodljivosti, usporavanja uspostavljanja toplinske ravnoteže itd.
Priča
Fenomen kritičnog stanja materije prvi je otkrio 1822. Charles Cagniard de La Tour, a 1860. ponovo ga je otkrio D.I. Sistematska istraživanja započela su radom Thomasa Andrewsa. U praksi se fenomen kritične tačke može uočiti pri zagrijavanju tekućine koja djelomično ispunjava zatvorenu cijev. Kako se meniskus zagreva, on postepeno gubi svoju zakrivljenost, postaje sve ravniji, a kada se dostigne kritična temperatura, prestaje da se razlikuje.
| Supstanca | Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Pogledajte math/README za pomoć pri postavljanju.): T_(crit)
|
Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Pogledajte math/README za pomoć pri postavljanju.): P_(crit)
|
Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Pogledajte math/README za pomoć pri postavljanju.): V_(crit)
|
|---|---|---|---|
| Jedinice | Kelvine | Atmosfere | cm³/mol |
| Vodonik | 33,0 | 12,8 | 61,8 |
| Kiseonik | 154,8 | 50,1 | 74,4 |
| 1750 | 1500 | 44 | |
| Etanol | 516,3 | 63,0 | 167 |
| Ugljični dioksid | 304,2 | 72,9 | 94,0 |
| Voda | 647 | 218,3 | 56 |
| Azot | 126.25 | 33,5 | |
| Argon | 150.86 | 48,1 | |
| Brom | 588 | 102 | |
| Helijum | 5.19 | 2,24 | |
| Jod | 819 | 116 | |
| Krypton | 209.45 | 54,3 | |
| Xenon | 289.73 | 58 | |
| Arsenic | 1673 | ||
| Neon | 44.4 | 27,2 | |
| Radon | 378 | ||
| Selen | 1766 | ||
| Sumpor | 1314 | ||
| Fosfor | 994 | ||
| Fluor | 144.3 | 51,5 | |
| Hlor | 416.95 | 76 |
Kritične tačke postoje ne samo za čiste supstance, već u nekim slučajevima i za njihove smeše i određuju parametre gubitka stabilnosti smeše (sa odvajanjem faza) - rastvora (jedna faza). Primjer takve mješavine je mješavina fenol-voda.
Monoizotopni plin na kritičnoj temperaturi komprimira se neograničeno sve dok se elektronske ljuske susjednih atoma ne preklapaju bez povećanja tlaka.
| Najpoznatija formula iz opšte teorije relativnosti je zakon održanja energije-mase | Ovo je nacrt članka o fizici. Možete pomoći projektu dodavanjem. |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
Napišite recenziju o članku "Kritična tačka (termodinamika)"
Izvod koji karakteriše kritičnu tačku (termodinamika)
- Samo što su zaista duboko poštovali Džona, uprkos činjenici da ga nikada nisu sreli. – Nort se osmehnuo. – Pa još nešto je da su Katari posle smrti Radomira i Magdalene zapravo imali prava Hristova „Otkrivenja” i Jovanove dnevnike, koje je Rimska crkva pokušavala da pronađe i uništi po svaku cenu. Papine sluge su se svim silama trudile da otkriju gdje su prokleti Katari sakrili svoje najopasnije blago?! Jer kad bi se sve ovo pojavilo otvoreno - i istorija katolička crkva pretrpeo bi potpuni poraz. Ali, koliko god se crkveni lovci trudili, sreća im se nije osmehnula... Ništa nije pronađeno osim nekoliko rukopisa očevidaca.Zato je jedini način da crkva na neki način sačuva svoj ugled u slučaju Katara bio samo da im vjeru i učenje toliko iskrivi da niko na svijetu ne može razlikovati istinu od laži... Kao što su lako učinili sa životi Radomira i Magdalene.
Crkva je takođe tvrdila da su Katari obožavali Jovana čak i više nego samog Isusa Radomira. Samo su pod Jovanom mislili na „svog“ Jovana, sa njegovim lažnim hrišćanskim jevanđeljima i istim lažnim rukopisima... Katari su zaista poštovali pravog Jovana, ali on, kao što znate, nije imao ništa zajedničko sa crkvenim Jovanom – „krstiteljem“. "
– Znaš, North, imam utisak da je crkva SVE izobličila i uništila svjetskoj istoriji. Zašto je ovo bilo potrebno?
– Da ne bi dozvolila čoveku da razmišlja, Isidora. Od ljudi, kojima je „oprošteno“ ili kažnjeno „najsvetije“ po svom nahođenju, napraviti poslušne i beznačajne robove. Jer kada bi neko znao istinu o svojoj prošlosti, bio bi PONOSAN za sebe i svoje pretke i nikada ne bi stavio robovsku kragnu. Bez ISTINE, iz slobodnog i jaki ljudi postali "božje sluge" i više nisu pokušavali da se prisete ko su zapravo. Ovo je sadašnjost, Isidora... I, iskreno, ne ostavlja previše svetle nade za promenu.
Sjever je bio veoma tih i tužan. Očigledno, posmatrajući ljudsku slabost i okrutnost kroz tolike vekove, i videvši kako su najjači ginuli, njegovo srce se zatrovalo gorčinom i nevericom u skoru pobedu Znanja i Svetlosti... I tako sam želeo da mu viknem da još uvek Vjerujte da će se ljudi uskoro probuditi!.. Uprkos ljutnji i bolu, uprkos izdaji i slabosti, vjerujem da Zemlja konačno neće moći izdržati ono što se radi njenoj djeci. I on bi se probudio... Ali shvatio sam da ga neću moći uvjeriti, jer ću i sam uskoro morati umrijeti, boreći se za to isto buđenje.
Ali nisam požalio... Moj život je bio samo zrno peska u beskrajnom moru patnje. I jednostavno sam se morao boriti do kraja, ma koliko strašno bilo. Budući da su čak i kapi vode, koje neprestano padaju, sposobne jednog dana probiti najjači kamen. Tako je i ZLO: kada bi ga ljudi zdrobili makar zrno po zrno, ono bi se jednog dana srušilo, čak i ako ne u ovom životu. Ali oni bi se ponovo vratili na svoju Zemlju i videli - ONI su joj pomogli da preživi!.. ONI su joj pomogli da postane Svetla i Verna. Znam da bi Sever rekao da čovek još ne zna kako da živi za budućnost... I znam da je to do sada bilo tačno. Ali upravo je to ono što je, po mom shvatanju, sprečilo mnoge da donesu sopstvene odluke. Zato što su ljudi previše navikli da razmišljaju i ponašaju se „kao svi ostali“, bez isticanja ili mešanja, samo da bi živeli u miru.
„Žao mi je što sam te naneo toliko boli, prijatelju.” – Glas Severa je prekinuo moje misli. “Ali mislim da će ti to pomoći da lakše dočekaš svoju sudbinu.” Pomoći će vam da preživite...
Nisam želeo da razmišljam o tome... Barem još malo!.. Uostalom, ostalo mi je još dosta vremena za svoju tužnu sudbinu. Stoga sam, da bih promijenio bolnu temu, ponovo počeo da postavljam pitanja.
Strogo govoreći, u ovom materijalu ćemo ukratko razmotriti ne samo hemijska i fizička svojstva tekuće vode, ali i svojstva koja su mu svojstvena uopšte kao takva.
Više o svojstvima vode u čvrstom stanju možete saznati u članku - SVOJSTVA VODE U ČVRSTOM STANJU (pročitajte →).
Voda je izuzetno važna supstanca za našu planetu. Bez toga je život na Zemlji nemoguć, bez njega se ne odvija ni jedan geološki proces. Veliki naučnik i mislilac Vladimir Ivanovič Vernadski pisao je u svojim radovima da ne postoji takva komponenta čiji bi se značaj mogao „uporediti s njom po svom uticaju na tok glavnih, najstrašnijih geoloških procesa“. Voda je prisutna ne samo u telu svih živih bića na našoj planeti, već iu svim supstancama na Zemlji - u mineralima, u stenama... Studija jedinstvena svojstva voda nam neprestano otkriva sve nove i nove tajne, postavlja nam nove zagonetke i izaziva nas.
Anomalna svojstva vode
Mnogi fizička i hemijska svojstva vode iznenaditi i ispasti opšta pravila i uzorci i anomalni su, na primjer:
- U skladu sa zakonima uspostavljenim principom sličnosti, u okviru nauka kao što su hemija i fizika, mogli bismo očekivati da:
- voda će ključati na minus 70°C i smrzavati se na minus 90°C;
- voda neće kapati sa vrha slavine, već će teći u tankom mlazu;
- led će prije potonuti nego plutati na površini;
- više od nekoliko zrna šećera ne bi se rastvorilo u čaši vode.
- Površina vode ima negativan električni potencijal;
- Kada se zagrije od 0°C do 4°C (tačnije 3,98°C), voda se skuplja;
- Visok toplotni kapacitet tekuće vode je iznenađujući;
Kao što je gore navedeno, u ovom materijalu ćemo navesti glavna fizička i kemijska svojstva vode i dati kratke komentare na neka od njih.
Fizička svojstva vode
FIZIČKA SVOJSTVA su svojstva koja se pojavljuju izvan hemijskih reakcija.
Čistoća vode
Čistoća vode zavisi od prisustva nečistoća, bakterija, soli teških metala u njoj..., da biste se upoznali sa tumačenjem pojma ČISTA VODA prema našem sajtu, potrebno je da pročitate članak ČISTA VODA (pročitajte → ).
Vodena boja
Boja vode zavisi od hemijski sastav i mehaničke nečistoće
Kao primjer, navedimo definiciju "Boje mora" koju je dala Velika sovjetska enciklopedija.
Boja mora. Boja koju oko opaža kada posmatrač gleda u površinu mora Boja mora zavisi od boje morske vode, boje neba, broja i prirode oblaka, visine Sunca iznad površine mora. horizont i drugi razlozi.
Pojam boje mora treba razlikovati od koncepta boje morske vode. Boja morske vode odnosi se na boju koju oko percipira kada morsku vodu gleda vertikalno iznad bijele pozadine. Samo mali dio svjetlosnih zraka koji pada na njega odbija se od površine mora, ostatak prodire u dubine, gdje ih upijaju i raspršuju molekuli vode, suspendirane čestice i sitni mjehurići plina. Raspršeni zraci koji se reflektuju i izlaze iz mora stvaraju spektar boja Molekuli vode najviše raspršuju plave i zelene zrake. Suspendirane čestice raspršuju sve zrake skoro podjednako. Stoga, morska voda s malom količinom suspendirane tvari izgleda plavo-zelena (boja otvorenih dijelova okeana), a sa značajnom količinom suspendirane tvari izgleda žućkasto-zelena (na primjer, Baltičko more). Teorijsku stranu doktrine centralne matematike razvili su V. V. Shuleikin i C. V. Raman.
Velika sovjetska enciklopedija. - M.: Sovjetska enciklopedija. 1969-1978
Miris vode
Miris vode – čista voda obično nema miris.
Prozirnost vode
Prozirnost vode zavisi od minerala rastvorenih u njoj i sadržaja mehaničkih nečistoća, organskih materija i koloida:
PROZIRNOST VODE je sposobnost vode da prenosi svjetlost. Obično se mjeri Secchi diskom. Ovisi uglavnom o koncentraciji suspendiranih i otopljenih organskih i neorganskih tvari u vodi. Može se naglo smanjiti kao rezultat antropogenog zagađenja i eutrofikacije vodnih tijela.
Ekološki enciklopedijski rječnik. - Kišinjev I.I. Dedu. 1989
PROZIRNOST VODE - sposobnost vode da propušta svjetlosne zrake. Zavisi od debljine sloja vode koju prolaze zraci, prisustva suspendovanih nečistoća, rastvorenih materija itd. U vodi se crveni i žuti zraci jače apsorbuju, a ljubičasti zraci dublje prodiru. Prema stepenu providnosti, po redukciji, vode se razlikuju:
- transparentan;
- blago opalescentno;
- opalescent;
- malo oblačno;
- oblačno;
- veoma oblačno.
Rječnik hidrogeologije i inženjerske geologije. - M.: Gostoptekhizdat. 1961
Okus vode
Okus vode ovisi o sastavu tvari otopljenih u njoj.
Rječnik hidrogeologije i inženjerske geologije
Okus vode je svojstvo vode koje zavisi od soli i gasova rastvorenih u njoj. Postoje tabele ukusne koncentracije soli rastvorenih u vodi (u mg/l), na primer sledeća tabela (prema Staff-u).
Temperatura vode
Tačka topljenja vode:
TAČKA TAPLJENJA - temperatura na kojoj se supstanca pretvara iz ČVRSTE u tečno. Tačka topljenja čvrste supstance je jednaka tački smrzavanja tečnosti, na primer, tačka topljenja leda, O °C, jednaka je tački smrzavanja vode.
Tačka ključanja vode : 99,974°C
Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik
TAČKA VRANJA, temperatura na kojoj supstanca prelazi iz jednog stanja (faze) u drugo, odnosno iz tečnosti u paru ili gas. Tačka ključanja raste s povećanjem vanjskog tlaka i opada sa smanjenjem tlaka. Obično se mjeri pri standardnom pritisku od 1 atmosfere (760 mm Hg). Tačka ključanja vode pri standardnom pritisku je 100 °C.
Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik.
Trostruka tačka vode
Trostruka tačka vode: 0,01 °C, 611,73 Pa;
Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik
TROJNA TAČKA, temperatura i pritisak na kojima sva tri agregatna stanja (čvrsto, tečno, gasovito) mogu postojati istovremeno. Za vodu, trostruka tačka se nalazi na temperaturi od 273,16 K i pritisku od 610 Pa.
Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik.
Površinski napon vode
Površinski napon vode - određuje jačinu prianjanja molekula vode jedni na druge, na primjer, od ovog parametra ovisi kako ovu ili onu vodu apsorbira ljudsko tijelo.
Tvrdoća vode
Marine dictionary
TVRDOĆA VODE (Ukočenost vode) - svojstvo vode koje je obeskrvljeno sadržajem soli zemnoalkalnih metala rastvorenih u njoj, Ch. arr. kalcija i magnezija (u obliku bikarbonatnih soli - bikarbonata), te soli jakih mineralnih kiselina - sumporne i hlorovodonične. L.V se mjeri u posebnim jedinicama, tzv. stepeni tvrdoće. Stepen tvrdoće je težinski sadržaj kalcijum oksida (CaO), jednak 0,01 g u 1 litru vode. Tvrda voda je neprikladna za napajanje kotlova, jer pospješuje stvaranje jakog kamenca na njihovim stijenkama, što može uzrokovati pregorevanje cijevi kotla. Kotlovi velikih kapaciteta a posebno visokog pritiska mora se napajati potpuno pročišćena voda (kondenzat iz parnih mašina i turbina, prečišćen filterima od uljnih nečistoća, kao i destilat pripremljen u posebnom aparatu za isparivanje).
Samoilov K.I. Marine dictionary. — M.-L.: Državna pomorska izdavačka kuća NKVMF SSSR, 1941
Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik
TVRDOĆA VODE, nemogućnost vode da stvara penu sa sapunom zbog rastvorenih soli u njoj, uglavnom kalcijuma i magnezijuma.
Kamenac u kotlovima i cijevima nastaje zbog prisustva otopljenog kalcijum karbonata u vodi, koji ulazi u vodu pri kontaktu sa krečnjakom. U vrućoj ili kipućoj vodi, kalcijev karbonat se taloži kao tvrdi kamenac na površinama unutar kotlova. Kalcijum karbonat takođe sprečava pjenjenje sapuna. Kontejner za jonsku izmjenu (3) napunjen je granulama obloženim materijalima koji sadrže natrijum. sa kojima voda dolazi u kontakt. Ioni natrija, budući da su aktivniji, zamjenjuju ione kalcija.
Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik.
Struktura vode
Mineralizacija vode
Mineralizacija vode :
Ekološki enciklopedijski rječnik
MINERALIZACIJA VODE - zasićenje vode anorganskim. (mineralne) tvari koje se nalaze u njemu u obliku jona i koloida; ukupna količina neorganskih soli sadržana uglavnom u slatkoj vodi, stepen mineralizacije se obično izražava u mg/l ili g/l (ponekad u g/kg).
Ekološki enciklopedijski rječnik. - Kišinjev: Glavna redakcija Moldavske sovjetske enciklopedije. I.I. Dedu. 1989
Viskoznost vode
Viskoznost vode karakterizira unutrašnji otpor čestica tekućine na njeno kretanje:
Geološki rječnik
Viskoznost vode (tečnosti) je svojstvo tečnosti koje uzrokuje nastanak sile trenja tokom kretanja. To je faktor koji prenosi kretanje sa slojeva vode koji se kreću velikom brzinom na slojeve manjom brzinom. V. in. zavisi od temperature i koncentracije rastvora. Fizički se procjenjuje koeficijentom. viskozitet, koji je uključen u brojne formule za kretanje vode.
Geološki rječnik: u 2 toma. - M.: Nedra. Uredili K. N. Paffengoltz i dr. 1978
Postoje dvije vrste viskoziteta vode:
- Dinamički viskozitet vode je 0,00101 Pa s (na 20°C).
- Kinematički viskozitet vode je 0,01012 cm 2 /s (na 20°C).
Kritična tačka vode
Kritična tačka vode je njeno stanje pri određenom odnosu pritiska i temperature, kada su njena svojstva ista u gasovitom i tečnom stanju (gasovita i tečna faza).
Kritična tačka vode: 374°C, 22,064 MPa.
Dielektrična konstanta vode
Dielektrična konstanta, općenito, je koeficijent koji pokazuje koliko je sila interakcije između dva naboja u vakuumu veća nego u određenom okruženju.
U slučaju vode, ova brojka je neobično visoka i za statična električna polja iznosi 81.
Toplotni kapacitet vode
Toplotni kapacitet vode - voda ima iznenađujuće visok toplotni kapacitet:
Ekološki rječnik
Toplotni kapacitet je svojstvo tvari da apsorbiraju toplinu. Izražava se kao količina topline koju apsorbira supstanca kada se zagrije za 1°C. Toplotni kapacitet vode je oko 1 cal/g, odnosno 4,2 J/g. Toplotni kapacitet tla (na 14,5-15,5°C) kreće se (od pješčanog do tresetnog tla) od 0,5 do 0,6 cal (ili 2,1-2,5 J) po jedinici zapremine i od 0,2 do 0,5 cal (ili 0,8-2,1 J). ) po jedinici mase (g).
Ekološki rječnik. - Alma-Ata: “Nauka”. B.A. Bykov. 1983
Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik
SPECIFIČNI TOPLOTNI KAPACITET (simbol c), toplota potrebna da se temperatura 1 kg supstance podigne za 1K. Mjeri se u J/K.kg (gdje je J JOUL). Supstance sa visokim specifičnim toplotnim kapacitetom, kao što je voda, zahtevaju više energije za podizanje temperature od tvari s niskim specifičnim toplinskim kapacitetom.
Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik.
Toplotna provodljivost vode
Toplotna provodljivost tvari podrazumijeva njenu sposobnost da provodi toplinu od svojih toplijih do hladnijih dijelova.
Prijenos topline u vodi događa se ili na molekularnom nivou, odnosno prenosi se molekulima vode, ili zbog kretanja/pomicanja bilo kojeg volumena vode - turbulentne toplinske provodljivosti.
Toplotna provodljivost vode zavisi od temperature i pritiska.
Fluidnost vode
Pod fluidnošću supstanci se podrazumeva njihova sposobnost da menjaju svoj oblik pod uticajem DC napon ili stalni pritisak.
Fluidnost tekućina također je određena pokretljivošću njihovih čestica, koje u mirovanju ne mogu osjetiti posmično naprezanje.
Induktivnost vode
Induktivnost određuje magnetska svojstva zatvorenih strujnih kola. Voda, osim u nekim slučajevima, provodi električnu struju, pa stoga ima određenu induktivnost.
Gustina vode
Gustoća vode određena je omjerom njene mase i zapremine na određenoj temperaturi. Pročitajte više u našem materijalu - ŠTA JE GUSTINA VODE(čitaj →).
Kompresibilnost vode
Kompresibilnost vode je neznatna i zavisi od saliniteta vode i pritiska. Na primjer, za destilovanu vodu to je 0,0000490.
Električna provodljivost vode
Električna provodljivost vode u velikoj mjeri ovisi o količini soli otopljenih u njoj.
Radioaktivnost vode
Radioaktivnost vode zavisi od sadržaja radona u njoj, emanacije radijuma.
Fizičko-hemijska svojstva vode
Rječnik hidrogeologije i inženjerske geologije
FIZIČKA I HEMIJSKA SVOJSTVA VODE - parametri koji određuju fizičko-hemijske karakteristike prirodnih voda. To uključuje indikatore koncentracije vodikovih jona (pH) i oksidaciono-redukcionog potencijala (Eh).
Rječnik hidrogeologije i inženjerske geologije. - M.: Gostoptekhizdat. Sastavio A. A. Makkaveev, urednik O. K. Lange. 1961
Kiselo-bazna ravnoteža vode
Redox potencijal vode
Oksidacijsko-redukcioni potencijal vode (ORP) je sposobnost vode da uđe u biohemijske reakcije.
Hemijska svojstva vode
HEMIJSKA SVOJSTVA SUPSTANCE su svojstva koja se javljaju kao rezultat hemijskih reakcija.
Ispod su Hemijska svojstva vode prema udžbeniku „Osnovi hemije. Internet udžbenik” A. V. Manuilove, V. I. Rodionova.
Interakcija vode sa metalima
Kada voda stupi u interakciju s većinom metala, dolazi do reakcije koja oslobađa vodik:
- 2Na + 2H2O = H2 + 2NaOH (bučno);
- 2K + 2H2O = H2 + 2KOH (kuhanje);
- 3Fe + 4H2O = 4H2 + Fe3O4 (samo kada se zagreje).
Ne svi, već samo dovoljno aktivni metali mogu učestvovati u redoks reakcijama ovog tipa. Alkalna i zemnoalkalni metali Grupe I i II.
Interakcija vode sa nemetalima
Nemetali koji reaguju s vodom uključuju, na primjer, ugljik i njegovo vodonično jedinjenje (metan). Ove tvari su mnogo manje aktivne od metala, ali su i dalje sposobne reagirati s vodom na visokim temperaturama:
- C + H2O = H2 + CO (visoka toplota);
- CH4 + 2H2O = 4H2 + CO2 (na visokoj temperaturi).
Interakcija vode sa električnom strujom
Kada su izloženi strujni udar voda se razlaže na vodonik i kiseonik. Ovo je također redoks reakcija, gdje je voda i oksidacijski i redukcijski agens.
Interakcija vode sa oksidima nemetala
Voda reagira s mnogim oksidima nemetala i nekim metalnim oksidima. Ovo nisu redoks reakcije, već reakcije spajanja:
SO2 + H2O = H2SO3 (sumporna kiselina)
SO3 + H2O = H2SO4 (sumporna kiselina)
CO2 + H2O = H2CO3 (ugljena kiselina)
Interakcija vode sa metalnim oksidima
Neki metalni oksidi se također mogu kombinirati s vodom. Već smo vidjeli primjere takvih reakcija:
CaO + H2O = Ca(OH)2 (kalcijum hidroksid (gašeno vapno)
Nisu svi metalni oksidi sposobni reagirati s vodom. Neki od njih su praktično netopivi u vodi i stoga ne reagiraju s vodom. Na primjer: ZnO, TiO2, Cr2O3, od kojih se, na primjer, pripremaju vodootporne boje. Oksidi željeza su također nerastvorljivi u vodi i ne reagiraju s njom.
Hidrati i kristalni hidrati
Voda stvara spojeve, hidrate i kristalne hidrate, u kojima je molekul vode potpuno očuvan.
na primjer:
- CuSO4 + 5 H2O = CuSO4.5H2O;
- CuSO4 - supstanca bijela(bezvodni bakar sulfat);
- CuSO4.5H2O - kristalni hidrat (bakar sulfat), plavi kristali.
Drugi primjeri stvaranja hidrata:
- H2SO4 + H2O = H2SO4.H2O (hidrat sumporne kiseline);
- NaOH + H2O = NaOH.H2O (hidrat kaustične sode).
Jedinjenja koja vezuju vodu u hidrate i kristalne hidrate koriste se kao sredstva za sušenje. Uz njihovu pomoć, na primjer, vodena para se uklanja iz vlažnog atmosferskog zraka.
Biosinteza
Voda učestvuje u biosintezi usled čega nastaje kiseonik:
6n CO 2 + 5n H 2 O = (C 6 H 10 O 5) n + 6n O 2 (pod uticajem svetlosti)
Vidimo da su svojstva vode raznolika i pokrivaju gotovo sve aspekte života na Zemlji. Kako je jedan od naučnika formulisao ... potrebno je proučavati vodu sveobuhvatno, a ne u kontekstu njenih pojedinačnih manifestacija.
Prilikom pripreme materijala korišteni su podaci iz knjiga - Yu.P. Internet udžbenik” A. V. Manuilove, V. I. Rodionova i drugih.
Superkritično stanje materije prvi je otkrio Cagniard de la Tour 1822. zagrijavanjem različitih tekućina u čvrsto zatvorenoj metalnoj kugli (sferni oblik je odabran tako da posuda može izdržati najveći mogući pritisak). Unutar lopte, osim tečnosti, postavio je i jednostavan senzor - mali kamenčić. Tresući loptu tokom procesa zagrijavanja, Cagniard de la Tour je otkrio da se zvuk koji emituje kamenčić kada se sudara sa zidom lopte u određenom trenutku naglo mijenja – postaje tup i slabiji. Za svaku tečnost, to se dešavalo na strogo definisanoj temperaturi, koja se nazvala tačka Canara de la Tour. Pravo zanimanje za novi fenomen pojavilo se 1869. nakon eksperimenata T. Andrewsa. Provodeći eksperimente u staklenim cijevima debelih stijenki, proučavao je svojstva CO 2, koji se lako ukapljuje s povećanjem pritiska. Kao rezultat toga, otkrio je da na 31 °C i 7,2 MPa, meniskus, granica koja razdvaja tekućinu i prostor ispunjen plinom, nestaje i cijeli volumen je jednoliko ispunjen mliječnobijelom opalescentnom tekućinom. Daljnjim povećanjem temperature, brzo postaje proziran i pokretljiv, sastoji se od stalno strujajućih mlaza, koji podsjećaju na tokove toplog zraka preko zagrijane površine. Daljnji porast temperature i pritiska nije doveo do vidljivih promjena.
Tačku u kojoj dolazi do takvog prijelaza nazvao je kritičnim, a stanje tvari koja se nalazi iznad ove točke - superkritičnim. Unatoč činjenici da spolja podsjeća na tekućinu, u primjeni se sada koristi poseban termin– superkritični fluid (od engleska riječ fluid, odnosno „sposoban da teče“). U savremenoj literaturi, skraćena oznaka za superkritične fluide je SCF.
Kritična tačka.
Kada se temperatura ili pritisak promijeni, dolazi do međusobnih prijelaza: solidan– tečnost – gas, na primer, kada se zagreva, čvrsta supstanca se pretvara u tečnost kada se temperatura poveća ili smanji pritisak, tečnost se pretvara u gas. Svi ovi prijelazi su obično reverzibilni. Općenito su predstavljeni na slici:
Položaj linija koje graniče oblasti gasovitog, tečnog i čvrstog stanja, kao i položaj trostruke tačke gde se ova tri regiona konvergiraju, različiti su za svaku supstancu. Superkritična oblast počinje na kritičnoj tački (označena zvjezdicom), koju svakako karakterišu dva parametra - temperatura i pritisak (isto kao tačka ključanja). Smanjenje temperature ili pritiska ispod kritičnog nivoa uklanja supstancu iz superkritičnog stanja.
Činjenica postojanja kritične tačke omogućila je razumijevanje zašto se neki plinovi, na primjer, vodik, dušik, kisik, dugo vremena nisu mogli dobiti u tekućem obliku uz pomoć povećanog tlaka, zbog čega su se ranije nazivali trajnim gasovi (lat. permanentis - trajno). Iz gornje slike se može vidjeti da se područje postojanja tečne faze nalazi lijevo od kritične temperaturne linije. Dakle, da bi se ukapnio bilo koji plin, prvo se mora ohladiti na temperaturu ispod kritične temperature. Gasovi kao što su CO 2 ili Cl 2 imaju kritičnu temperaturu iznad sobne temperature (31°C odnosno 144°C), tako da se na sobnoj temperaturi mogu ukapljivati samo povećanjem pritiska. Azot ima kritičnu temperaturu mnogo nižu od sobne temperature: –239,9 °C, dakle, ako komprimirate dušik u normalnim uvjetima (početna tačka žuta na slici ispod), tada se na kraju može doseći superkritično područje, ali se tečni dušik ne može formirati. Potrebno je prvo ohladiti azot ispod kritične temperature (zelena tačka), a zatim, povećavajući pritisak, doći do oblasti u kojoj je moguće postojanje tečnosti - crvene tačke (čvrsto stanje azota je moguće samo pri veoma visokim pritisaka, tako da odgovarajući region nije prikazan na slici):
Slična je situacija i sa vodonikom i kiseonikom (kritične temperature su –118,4°C, odnosno –147°C), pa se pre ukapljivanja prvo ohlade na temperaturu ispod kritične, a tek onda se povećava pritisak.
Superkritično stanje
moguće za većinu tekućih i plinovitih tvari, potrebno je samo da se supstanca ne raspadne na kritičnoj temperaturi. Supstance za koje je takvo stanje najlakše postići (tj. potrebne su relativno niske temperature i tlak) prikazane su na dijagramu:
U poređenju sa navedenim supstancama, kritična tačka za vodu dostiže se s velikim poteškoćama: t cr = 374,2 ° C i p cr = 21,4 MPa.
Od sredine 1880-ih, kritična tačka je univerzalno priznata kao važan fizički parametar supstance, baš kao i tačka topljenja ili ključanja. Gustina SCF je izuzetno niska, na primjer, voda u obliku SCF ima gustinu tri puta manju nego u normalnim uvjetima. Svi SCF-ovi imaju izuzetno nisku viskoznost.
Superkritični fluidi su ukrštanje između tečnosti i gasa. Mogu se komprimirati kao plinovi (obične tekućine su praktički nestišljive) i, u isto vrijeme, mogu rastvarati čvrste tvari, što nije tipično za plinove. Superkritični etanol (na temperaturama iznad 234°C) vrlo lako rastvara neke neorganske soli (CoCl 2, KBr, KI). Ugljični dioksid, dušikov oksid, etilen i neki drugi plinovi u SCF stanju stječu sposobnost rastvaranja mnogih organskih tvari - kamfora, stearinske kiseline, parafina i naftalena. Svojstva superkritičnog CO 2 kao rastvarača mogu se prilagoditi - s povećanjem pritiska, njegova sposobnost rastvaranja naglo raste:
Eksperimenti izvedeni za vizuelno posmatranje superkritičnog stanja bili su opasni, jer nije svaka staklena ampula sposobna da izdrži pritisak od desetina MPa. Kasnije, da bi ustanovili trenutak kada supstanca postaje tečnost, umesto vizuelnih posmatranja u staklenim cevima, vratili su se tehnici bliskoj onoj koju je koristio Cagniard de la Tour. Koristeći specijalnu opremu, počeli su da mjere brzinu zvuka u mediju koji se proučava, u trenutku kada je dostignuta kritična tačka, brzina širenja zvučnih talasa naglo opada.
Primjena SCF-a.
Sredinom 1980-ih, referentne knjige su sadržavale informacije o kritičnim parametrima stotina neorganskih i organskih supstanci, ali neobična svojstva SCF-ovi još nisu našli primjenu.
Superkritične tečnosti postale su široko rasprostranjene tek 1980-ih, kada su opšti nivo Razvoj industrije omogućio je da instalacije za dobijanje SCF budu široko dostupne. Od tog trenutka počinje intenzivan razvoj superkritičnih tehnologija. Istraživači su se prvenstveno fokusirali na visoku rastvorljivost SCF-a. U poređenju sa tradicionalnim metodama, upotreba superkritičnih fluida se pokazala veoma efikasnom. SCF nisu samo dobri rastvarači, već i supstance sa visokim koeficijentom difuzije, tj. lako prodiru u duboke slojeve raznih čvrstih materija i materijala. Najviše se počeo koristiti superkritični CO 2, koji se pokazao kao otapalo za širok spektar organskih spojeva. Ugljični dioksid je postao lider u svijetu superkritičnih tehnologija jer ima čitav niz prednosti. Prilično ga je lako pretvoriti u superkritično stanje (t cr - 31 ° C, p cr - 73,8 atm), osim toga, netoksičan je, nezapaljiv, neeksplozivan i, osim toga, jeftin i pristupačan. Sa stanovišta svakog tehnologa, on je idealna komponenta svakog procesa. Ono što ga čini posebno atraktivnim je to što je sastavni dio atmosferskog zraka i stoga ne zagađuje okruženje. Superkritični CO 2 može se smatrati ekološki prihvatljivim rastvaračem.
Farmaceutska industrija bila je jedna od prvih koja se okrenula novoj tehnologiji, jer SCF omogućavaju najpotpuniju izolaciju biološki aktivnih supstanci iz biljnih sirovina, zadržavajući njihov sastav nepromijenjenim. Nova tehnologija je u potpunosti usklađena sa savremenim sanitarnim i higijenskim standardima proizvodnje lijekovi. Pored toga, eliminiše se faza destilacije ekstrakcionog rastvarača i njegovog naknadnog prečišćavanja za ponovljene cikluse. Trenutno je organizovana proizvodnja nekih vitamina, steroida i drugih lijekova po ovoj tehnologiji.
Kofein je lijek koji se koristi za poboljšanje performansi. kardiovaskularni sistem, dobijaju se iz zrna kafe čak i bez prethodnog mlevenja. Potpuna ekstrakcija se postiže zahvaljujući visokoj sposobnosti prodiranja SCF-a. Zrna se stavljaju u autoklav - posudu koja može da izdrži visok pritisak, zatim se u nju ubacuje gasoviti CO 2, a zatim se stvara potreban pritisak (>73 atm), usled čega CO 2 prelazi u superkritični stanje. Sav sadržaj se pomiješa, nakon čega se tekućina zajedno s otopljenim kofeinom izlije u otvorenu posudu. Ugljični dioksid, jednom pod atmosferskim pritiskom, pretvara se u plin i leti u atmosferu, a ekstrahirani kofein ostaje u otvorenom spremniku u svom čistom obliku:
U proizvodnji kozmetike i parfema za ekstrakciju se koriste SCF tehnologije eterična ulja, vitamini, fitoncidi iz biljnih i životinjskih proizvoda. Ekstrahirane supstance ne sadrže tragove rastvarača, a metoda nježne ekstrakcije im omogućava da očuvaju svoju biološku aktivnost.
IN prehrambena industrija nova tehnologija omogućava vam da delikatno izvučete različite aromatične i aromatične komponente iz biljnih materijala koji se dodaju prehrambenim proizvodima.
Radiohemija koristi novu tehnologiju za rješavanje ekoloških problema. Mnogi radioaktivni elementi u superkritičnom okruženju lako formiraju komplekse sa dodatkom organskih jedinjenja - ligande. Rezultirajući kompleks, za razliku od početnog spoja radioaktivnog elementa, topiv je u tekućini, pa se stoga lako odvaja od mase tvari. Na ovaj način je moguće izdvojiti ostatke radioaktivnih elemenata iz otpadnih ruda, kao i dekontaminirati zemljište kontaminirano radioaktivnim otpadom.
Uklanjanje kontaminanata pomoću SC rastvarača je posebno efikasno. Postoje projekti instalacija za uklanjanje kontaminanata sa odeće (superkritično hemijsko čišćenje), kao i za čišćenje raznih elektronska kola tokom njihovog proizvodnog procesa.
Pored navedenih prednosti, nova tehnologija u većini slučajeva ispada jeftinija od tradicionalne.
Glavni nedostatak superkritičnih otapala je to što kontejneri punjeni SCF rade u periodičnom procesu: utovar sirovina u aparat - istovar gotovih proizvoda - utovar svježeg dijela sirovina. Nije uvijek moguće povećati produktivnost instalacije povećanjem volumena uređaja, jer je stvaranje velikih kontejnera koji mogu izdržati pritiske blizu 10 MPa težak tehnički zadatak.
Za neke hemijsko-tehnološke procese bilo je moguće razviti kontinuirane procese - konstantno snabdevanje sirovinama i kontinuirani izlaz rezultirajućeg proizvoda. Produktivnost se povećava jer da nema potrebe za gubitkom vremena na utovar i istovar. U tom slučaju se volumen uređaja može značajno smanjiti.
Gas vodonik je visoko rastvorljiv u superkritičnom CO 2 , što omogućava kontinuiranu hidrogenaciju organskih jedinjenja u fluidnom okruženju. Reaktor koji sadrži katalizator hidrogenacije kontinuirano se opskrbljuje reagensima (organska materija i vodonik), kao i tekućinom. Proizvodi se ispuštaju kroz poseban ventil, a tekućina jednostavno isparava i može se vratiti u reaktor. Koristeći opisanu metodu, moguće je hidrogenirati gotovo kilogram originalnog spoja za dvije minute, a reaktor takve produktivnosti doslovno stane na dlan. Napraviti tako mali reaktor koji može izdržati visoki pritisci, mnogo jednostavnije od velikog uređaja.
Takav reaktor je ispitan u procesima hidrogenacije cikloheksena u cikloheksan (koristi se kao rastvarač za eterična ulja i neke gume), kao i izoforona u trimetilcikloheksan (koristi se u organskoj sintezi):
U hemiji polimera, superkritični CO 2 se rijetko koristi kao medij za polimerizaciju. Većina monomera je rastvorljiva u njemu, ali tokom procesa polimerizacije rastući molekul gubi rastvorljivost mnogo pre nego što ima vremena da primetno poraste. Ovaj nedostatak je pretvoren u prednost. Konvencionalno proizvedeni polimeri se zatim efikasno pročišćavaju od nečistoća obnavljanjem neizreagovanog monomera i inicijatora polimerizacije korišćenjem SCF. Zbog izuzetno visokih svojstava difuzije, fluid lako prodire u polimernu masu. Proces je tehnološki napredan - ne zahtijeva ogromne količine organskih otapala, koja se, inače, teško uklanjaju iz polimerne mase.
Osim toga, polimeri lako bubre kada su zasićeni tekućinom, apsorbirajući do 30%. Nakon bubrenja, gumeni prsten gotovo udvostručuje svoju debljinu:
Polaganim smanjenjem pritiska vraća se prethodna veličina. Ako uzmete tvrdi materijal, a ne elastičan, i nakon bubrenja naglo otpustite pritisak, tada CO 2 brzo odleti, ostavljajući polimer u obliku mikroporoznog materijala. Ovo je u suštini nova tehnologija za proizvodnju porozne plastike.
SC fluid je nezamjenjiv za uvođenje boja, stabilizatora i raznih modifikatora u polimernu masu. Na primjer, u poliarilat se unose kompleksi bakra, koji nakon naknadne redukcije formiraju metalni bakar. Kao rezultat, iz polimera i ravnomjerno raspoređenog metala nastaje sastav s povećanom otpornošću na habanje.
Neki polimeri (polisiloksani i fluorirani poliugljovodonici) se rastvaraju u SC-CO 2 na temperaturi blizu 100 0 C i pritisku od 300 atm. Ova činjenica omogućava upotrebu SCF-a kao medija za polimerizaciju konvencionalnih monomera. Rastvorljivi fluorirani poliugljovodonici se dodaju polimerizirajućem akrilatu, s rastućim molekulom i fluoriranim „aditivom“ koji se međusobno drže zajedno kroz polarne interakcije. Dakle, fluorisane grupe dodatog polimera igraju ulogu „plutača“ koji održavaju čitav sistem u rastvoru. Kao rezultat toga, rastuća molekula poliakrilata ne precipitira iz otopine i uspijeva narasti do značajne veličine:
U hemiji polimera koristi se prethodno pomenuto svojstvo fluida - da menja sposobnost rastvaranja sa povećanjem pritiska ( cm. graf rastvaranja naftalena). Polimer se stavlja u fluidno okruženje i, postepeno povećavajući pritisak, uzimaju se delovi rastvora. Na taj način je moguće prilično fino podijeliti polimer na njegove sastavne frakcije, odnosno sortirati molekule po veličini.
Supstance koje se koriste kao tečnosti. Izgledi.
Sada je 90% svih SCF tehnologija fokusirano na superkritični CO 2. Osim ugljičnog dioksida, postepeno počinju da se koriste i druge tvari. Superkritični ksenon (t cr - 16,6 ° C, p cr - 58 atm.) je apsolutno inertno otapalo, pa ga hemičari koriste kao reakcijski medij za proizvodnju nestabilnih spojeva (najčešće organometalnih), za koje je CO 2 potencijalni reagens . Ne očekuje se široka upotreba ove tečnosti, jer je ksenon skup gas.
Za ekstrakciju životinjskih masti i biljna ulja od prirodnih sirovina prikladniji je superkritični propan (t cr - 96,8, p cr - 42 atm), jer otapa ova jedinjenja bolje od CO 2.
Jedna od najčešćih i ekološki prihvatljivih supstanci je voda, ali ju je prilično teško pretvoriti u superkritično stanje, jer su parametri kritične tačke vrlo visoki: t cr - 374 ° C, p cr - 220 atm. Moderne tehnologije omogućavaju stvaranje instalacija koje ispunjavaju takve zahtjeve, ali rad u ovom rasponu temperatura i pritisaka je tehnički težak. Superkritična voda otapa gotovo sva organska jedinjenja koja se ne raspadaju kada visoke temperature. Takva voda, kada joj se doda kisik, postaje moćan oksidacijski medij, pretvarajući sve organske spojeve u H 2 O i CO 2 za nekoliko minuta. Trenutno se razmatra mogućnost reciklaže kućnog otpada na ovaj način, prvenstveno plastičnih kontejnera (takvi kontejneri se ne mogu spaljivati, jer se time stvaraju otrovne isparljive materije).
Mikhail Levitsky
Kriva fazne ravnoteže (u ravni P, T) može završiti u nekoj tački (slika 16); takva tačka se naziva kritična, a temperatura i pritisak koji joj odgovaraju nazivaju se kritična temperatura i kritični pritisak. Na višim temperaturama i pri većim pritiscima nema različitih faza, a tijelo je uvijek homogeno.
Možemo reći da u kritičnoj tački razlika između obje faze nestaje. Koncept kritične tačke prvi je uveo D.I.Mendeljejev (1860).
U koordinatama T, V, dijagram ravnoteže u prisustvu kritične tačke izgleda kao što je prikazano na sl. 17. Kako se temperatura približava kritičnoj vrijednosti, specifične zapremine faza u ravnoteži jedna s drugom se približavaju i poklapaju se u kritičnoj tački (K na slici 17). Dijagram u koordinatama P, V ima sličan izgled.
U prisutnosti kritične tačke, može se napraviti kontinuirani prijelaz između bilo koja dva stanja tvari, u kojem ni u jednom trenutku ne dolazi do razdvajanja na dvije faze - za to je potrebno promijeniti stanje duž neke krivulje koja obavija kritično tačku i nigdje ne siječe krivu ravnoteže. U tom smislu, u prisustvu kritične tačke, sam pojam različitih faza postaje uslovan, te je nemoguće u svim slučajevima naznačiti koja stanja su jedna faza, a koja druga. Strogo govoreći, o dvije faze možemo govoriti samo kada obje postoje istovremeno, dodirujući jedna drugu, odnosno u tačkama koje leže na krivu ravnoteže.
Jasno je da kritična tačka može postojati samo za takve faze, među kojima je razlika samo čisto kvantitativne prirode. To su tekućina i plin, koji se međusobno razlikuju samo po većoj ili manjoj ulozi interakcije između molekula.
Iste faze kao tečna i čvrsta (kristal) ili različite kristalne modifikacije tvari kvalitativno se razlikuju jedna od druge, jer se razlikuju po svojoj unutrašnjoj simetriji. Jasno je da se za bilo koje svojstvo (element) simetrije može reći samo ili da postoji ili da ne postoji; može se pojaviti ili nestati samo odmah, naglo, a ne postepeno. U svakom stanju tijelo će imati ili jednu ili drugu simetriju, pa je stoga uvijek moguće naznačiti kojoj od dvije faze pripada. Kritična tačka, prema tome, ne može postojati za takve faze, a kriva ravnoteže mora ili otići u beskonačnost ili završiti presecanjem ravnotežnih krivulja drugih faza.
Uobičajena tačka faznog prelaza ne predstavlja, u matematičkom smislu, singularnosti za termodinamičke količine supstance. Zaista, svaka od faza može postojati (barem kao metastabilna) na drugoj strani prelazne tačke; termodinamičke nejednakosti u ovom trenutku nisu narušene. U prelaznoj tački, hemijski potencijali obe faze su međusobno jednaki: ; za svaku od funkcija ova točka nije ni na koji način izvanredna.
Opišimo u ravni P, V bilo koju izotermu tečnosti i gasa, odnosno krivu zavisnosti P od V tokom izotermnog širenja homogenog tela na Sl. 18). Prema termodinamičkoj nejednakosti, postoji opadajuća funkcija V. Takav nagib izotermi bi trebao ostati u određenoj mjeri izvan tačaka njihovog sjecišta sa krivuljom ravnoteže tekućine i plina (tačke b i dijelovi izoterme odgovaraju metastabilnom pregrijanom tečnost i prehlađena para, u kojoj se još uvijek primjećuju termodinamičke nejednakosti (Naravno, horizontalni segment na kojem razdvajanje na dvije faze ne odgovara potpuno ravnotežnoj izotermnoj promjeni stanja između tačaka b).
Ako uzmemo u obzir da tačke imaju istu ordinatu P, onda je jasno da se oba dijela izoterme ne mogu pretvarati jedan u drugi na kontinuiran način, te da između njih mora postojati jaz. Izoterme završavaju u tačkama (c i d) u kojima je narušena termodinamička nejednakost, tj.
Konstruisanjem geometrijskog geometrijskog mesta krajnjih tačaka izoterme tečnosti i gasa dobijamo AKB krivu na kojoj su narušene termodinamičke nejednakosti (za homogeno telo); ona ograničava regiju u kojoj tijelo ni pod kojim okolnostima ne može postojati kao homogeno. Područja između ove krive i krivulje fazne ravnoteže odgovaraju pregrijanoj tekućini i prehlađenoj pari. Očigledno, u kritičnoj tački obje krive moraju dodirivati jedna drugu. Od tačaka koje leže na samoj AKB krivoj, samo kritična tačka K odgovara stvarno postojećim stanjima homogenog tela - jedinoj u kojoj ova kriva dolazi u kontakt sa područjem stabilnih homogenih stanja.
Za razliku od uobičajenih tačaka fazne ravnoteže, kritična tačka je, u matematičkom smislu, posebna tačka za termodinamičke funkcije materije (isto važi i za celu AKB krivulju, koja ograničava oblast postojanja homogenih stanja tela ). Priroda ove osobine i ponašanje materije u blizini kritične tačke biće diskutovano u § 153.
Pri dovoljno visokim temperaturama, horizontalni presjek izoterme stvarnog plina (vidi sliku 6.4) postaje vrlo kratak i na određenoj temperaturi se pretvara u tačku (na slici 6.4 - tačka K). Ova temperatura se naziva kritična.
Kritična temperatura je temperatura na kojoj nestaju razlike u fizičkim svojstvima između tekućine i pare koje su s njom u dinamičkoj ravnoteži. Svaka tvar ima svoju kritičnu temperaturu. Na primjer, kritična temperatura za ugljični dioksid CO 2 je t K = 31 ° C, a za vodu - t K = 374 ° C.
Kritično stanje
Stanje koje odgovara tački K, u koju se okreće horizontalni dio izoterme na temperaturi T = T k, naziva se kritično stanje (kritična tačka). Pritisak i zapremina u ovom stanju nazivaju se kritičnim. Kritični pritisak za ugljični dioksid je 7,4 10 6 Pa (73 atm), a za vodu 2,2 10 7 Pa (218 atm). U kritičnom stanju, tečnost ima maksimalan volumen, a zasićena para ima maksimalni pritisak.
Gustina tečnosti i njene zasićene pare na kritičnoj temperaturi
Već smo primetili da kako temperatura raste, gustina zasićene pare raste (videti § 6.3). Gustoća tekućine u ravnoteži sa svojom parom, naprotiv, opada zbog njenog širenja pri zagrijavanju.
U tabeli 2 prikazane su vrijednosti gustine vode i njene zasićene pare za različite temperature.
Tabela 2
Ako na jednoj slici nacrtamo krivulje za zavisnost gustine tečnosti i njene zasićene pare od temperature, tada će za tečnost kriva pasti naniže, a za paru ići nagore (slika 6.6). Na kritičnoj temperaturi obje krive se spajaju, odnosno gustina tečnosti postaje jednaka gustini pare. Nestaje razlika između tečnosti i pare.
Rice. 6.6
Gas i para
Reči "gas" i "para" koristili smo mnogo puta. Ovi pojmovi su nastali u vrijeme kada se vjerovalo da se para može pretvoriti u tekućinu, ali plin ne. Nakon što su svi gasovi kondenzovani (videti § 6.7), nije ostalo osnova za takvu dvojnu terminologiju. Para i gas su ista stvar; nema suštinske razlike između njih. Kada govore o pari bilo koje tečnosti, obično misle da je njena temperatura manja od kritične i da se kompresijom može pretvoriti u tečnost. Samo iz navike govorimo o vodenoj pari, a ne o vodenom gasu, o zasićenoj pari, a ne o zasićenom gasu itd.
Eksperimentalna studija kritične bolesti
Eksperimente za proučavanje kritičnog stanja izveo je 1863. ruski naučnik M. P. Avenarius. Uređaj kojim se može posmatrati kritično stanje (Avenarius uređaj) sastoji se od vazdušne kupke (slika 6.7) i zatvorene staklene cevi (ampule) sa tečnim etrom koja se nalazi unutar kade. Zapremina ampule (njen kapacitet) jednaka je kritičnoj zapremini etra ulivenog u epruvetu. Prostor iznad etra u ampuli je ispunjen zasićenom eterskom parom.
Rice. 6.7
Uz pomoć plinski gorionik ili drugog grijača, zračna kupka se zagrijava. Stanje etra se posmatra kroz stakleni prozor u uređaju.
Na sobnoj temperaturi možete jasno vidjeti granicu između tekućine i pare (slika 6.8, a). Kako se kritična temperatura približava, zapremina tečnog etra se povećava, a granica tečnost-para postaje slabo definisana i nestabilna (slika 6.8, b).
Rice. 6.8
Pri približavanju kritično stanje granica između njih potpuno nestaje (slika 6.8, c).
Kada se ohladi, pojavljuje se gusta magla koja ispunjava cijelu cijev (slika 6.8, d). Ovo stvara kapljice tečnosti. Zatim se spajaju i ponovo se pojavljuje granica između tečnosti i pare (slika 6.8, e).
Za eksperiment je odabran eter jer ima relativno nizak kritični pritisak (oko 36 atm). Njegova kritična temperatura je takođe niska: 194 °C.
Ako komprimirate plin, održavajući njegovu temperaturu iznad kritične temperature (vidi sliku 6.4, izoterma T 3), i, kao i prije, počnete s vrlo velikim zapreminama, onda će smanjenje zapremine dovesti do povećanja pritiska u skladu sa jednadžba stanja idealnog gasa. Međutim, ako je na temperaturi ispod kritične temperature pri određenom tlaku došlo do kondenzacije pare, tada se formiranje tekućine u posudi neće primijetiti. Iznad kritične temperature, gas se ne može pretvoriti u tečnost ni pod kakvim pritiskom.
Ovo je glavno značenje koncepta kritične temperature.
Dijagram ravnotežnih stanja gasa i tečnosti
Vratimo se još jednom na sliku 6.4, koja prikazuje izoterme realnog gasa. Spojimo sve lijeve krajeve horizontalnih dijelova izoterme, odnosno one točke koje odgovaraju kraju kondenzacije zasićene pare i početku kompresije tekućine. Rezultat je glatka kriva koja se završava u kritičnoj tački K. Na slici 6.9 ovo je ART kriva. Lijevo od AK krive, između nje i kritične izoterme (presjek SC izoterme), nalazi se područje koje odgovara tečnom stanju supstance (na slici 6.9 ovo područje je istaknuto horizontalnim senčenjem). Svaka tačka u ovoj oblasti odgovara parametrima p, V i T, koji karakterišu tečnost u stanju termičke ravnoteže.
Rice. 6.9
Povežimo sada glatkom krivom sve desne krajeve horizontalnih presjeka izoterme. Ova kriva na slici 6.9 takođe završava u tački K. Dvije prave AK i BK ograničavaju područje, čija svaka tačka odgovara stanju ravnoteže između tečnosti i zasićene pare (na slici 6.9 ova oblast je istaknuta vertikalnim senčenjem). Sa izuzetkom oblasti tečnog stanja i oblasti ravnoteže tečnost-gas, ostatak regiona odgovara gasovitom stanju supstance. Na slici 6.9 istaknuto je kosim senčenjem.
Rezultat je bio dijagram ravnotežnih stanja gasa i tečnosti. Svaka tačka na ovom dijagramu odgovara određenom stanju sistema: gas, tečnost ili ravnoteža između tečnosti i gasa.
Na kritičnoj temperaturi, svojstva tečnosti i zasićene pare postaju nerazlučiva. Tečnost ne može postojati iznad kritične temperature.