Kritická teplota. Kritický bod (termodynamika) Fyzika kritického bodu
Teplota kritické fáze přechodu- hodnota teploty v kritickém bodě. Při teplotách nad kritickou teplotou nemůže plyn kondenzovat při žádném tlaku.
Fyzický význam
V kritickém bodě se hustota kapaliny a její nasycené páry vyrovnají a povrchové napětí kapaliny klesne na nulu, proto rozhraní kapalina-pára zmizí.
Pro směs látek není kritická teplota konstantní a může být reprezentována prostorovou křivkou (v závislosti na podílu složek), jejíž krajní body jsou kritické teploty čistých látek - složek směsi pod ohleduplnost.
Kritický bod na stavovém diagramu látky odpovídá mezním bodům na křivkách fázové rovnováhy, v okolí bodu je narušena fázová rovnováha a dochází ke ztrátě termodynamické stability vzhledem k hustotě látky. Na jedné straně kritického bodu je látka homogenní (obvykle při texvc nenalezeno; Viz math / README pro nápovědu k nastavení.): T> T_ (crit)) a na druhé straně se dělí na kapalinu a páru.
V okolí bodu jsou pozorovány kritické jevy: v důsledku nárůstu charakteristických velikostí fluktuací hustoty prudce narůstá rozptyl světla při průchodu látkou - kdy velikost fluktuací dosahuje řádově stovek nanometrů, tzn. , vlnových délkách světla se látka stává neprůhlednou - pozoruje se její kritická opalescence. Nárůst kolísání vede také ke zvýšení pohltivosti zvuku a zvýšení jeho disperze, změně charakteru Brownova pohybu, anomáliím viskozity, tepelné vodivosti, zpomalení ustavování tepelné rovnováhy atd.
Dějiny
Poprvé fenomén kritického stavu hmoty objevil v roce 1822 Charles Cagnard de La Tour a v roce 1860 jej znovu objevil D. I. Mendělejev. Systematický výzkum začal prací Thomase Andrewse. V praxi lze jev kritického bodu pozorovat při zahřívání kapaliny, která částečně plní utěsněnou trubici. Jak se zahřívá, meniskus postupně ztrácí své zakřivení, stává se stále více plochým a po dosažení kritické teploty přestává být rozlišitelný.
| Látka | Nelze analyzovat výraz (Spustitelný soubor texvc nenalezeno; Viz math / README pro nápovědu k nastavení.): T_ (crit)
|
Nelze analyzovat výraz (Spustitelný soubor texvc nenalezeno; Viz math / README pro nápovědu k nastavení.): P_ (crit)
|
Nelze analyzovat výraz (Spustitelný soubor texvc nenalezeno; Viz math / README pro nápovědu k nastavení.): V_ (crit)
|
|---|---|---|---|
| Jednotky | Kelvin | Atmosféra | cm³ / mol |
| Vodík | 33,0 | 12,8 | 61,8 |
| Kyslík | 154,8 | 50,1 | 74,4 |
| 1750 | 1500 | 44 | |
| Ethanol | 516,3 | 63,0 | 167 |
| Oxid uhličitý | 304,2 | 72,9 | 94,0 |
| Voda | 647 | 218,3 | 56 |
| Dusík | 126.25 | 33,5 | |
| Argon | 150.86 | 48,1 | |
| Bróm | 588 | 102 | |
| Hélium | 5.19 | 2,24 | |
| Jód | 819 | 116 | |
| Krypton | 209.45 | 54,3 | |
| Xenon | 289.73 | 58 | |
| Arsen | 1673 | ||
| Neon | 44.4 | 27,2 | |
| Radon | 378 | ||
| Selen | 1766 | ||
| Síra | 1314 | ||
| Fosfor | 994 | ||
| Fluor | 144.3 | 51,5 | |
| Chlór | 416.95 | 76 |
Kritická místa existují nejen pro čisté látky, ale v některých případech i pro jejich směsi a určují parametry ztráty stability směsi (se separací fází) - roztok (jedna fáze). Příkladem takové směsi je směs fenol-voda.
Monoizotopický plyn při kritické teplotě je stlačován na dobu neurčitou, dokud se elektronové obaly sousedních atomů nepřekrývají bez zvýšení tlaku.
| Nejznámějším vzorcem z obecné teorie relativity je zákon zachování energie | Toto je prázdné místo pro článek o fyzice. Projektu můžete pomoci jeho doplněním. |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
Napište recenzi na článek "Kritický bod (termodynamika)"
Výňatek z kritického bodu (termodynamika)
- Jen že Johna opravdu hluboce uctili, přestože se s ním nikdy nesetkali. - Sever se usmál. - No a také to, že po smrti Radomíra a Magdalény měl Katar skutečně skutečná "Zjevení" Krista a deníky Janovy, které se za každou cenu snažily najít a zničit římskou církev. Papežovi služebníci se ze všech sil snažili zjistit, kde ti zatracení Katarové ukrývají svůj nejnebezpečnější poklad?! Pro, zdá se to všechno otevřené - a historie katolický kostel by byl zcela poražen. Ale bez ohledu na to, jak moc se církevní honiči snažili, štěstí se na ně nikdy neusmálo... Nikdy se nic nenašlo, kromě několika rukopisů očitých svědků.Proto jediný způsob, jak si církev v případě Katarů nějak zachránit reputaci, byla pouze překroutit jejich víru a učení natolik, že nikdo na světě nerozezná pravdu od lží... Jak snadno to dokázali to s životem Radomíra a Magdalény.
Církev také tvrdila, že Kataři uctívali Jana ještě více než samotného Ježíše Radomíra. Pouze Janem mysleli „svého“ Jana s jeho falešnými křesťanskými evangelii a stejnými falešnými rukopisy... Skuteční Janové kataři byli skutečně poctěni, ale on, jak víte, neměl nic společného s církví Jan-“ baptista."
- Víš, Severe, mám dojem, že církev překroutila a zničila VŠECHNY světové dějiny. Proč to bylo nutné?
- Aby člověk nemyslel, Isidoro. Udělat z lidí poslušné a bezcenné otroky, kterým „svatí“ podle svého uvážení „odpustili“ nebo je potrestali. Neboť kdyby člověk znal pravdu o své minulosti, byl by pro sebe a své předky Hrdým člověkem a nikdy by si nenasadil otrokářský obojek. Bez PRAVDY se ze svobodných a silných lidí stali "otroci Boha" a už se nepokoušeli vzpomenout si, kým skutečně jsou. Tohle je současnost, Isidoro... A abych byl upřímný, nezanechává příliš světlé naděje na změnu.
Sever byl velmi tichý a smutný. Zřejmě, když po tolik staletí pozoroval lidskou slabost a krutost a viděl, jak ti nejsilnější hynou, jeho srdce bylo otráveno hořkostí a nedůvěrou v rychlé vítězství Poznání a Světla... A tak jsem na něj chtěl křičet, že stále věřím že se lidé brzy probudí! .. Navzdory hněvu a bolesti, navzdory zradě a slabosti věřím, že Země konečně nevydrží to, co dělají se svými dětmi. A on se probudí... Ale pochopil jsem, že ho nebudu schopen přesvědčit, protože já sám budu muset brzy zahynout a bojovat za stejné probuzení.
Ale nelitoval jsem... Můj život byl jen zrnko písku v nekonečném moři utrpení. A musel jsem bojovat až do konce, bez ohledu na to, jak hrozné to bylo. Protože i kapky vody, které neustále padají, jsou schopny rozemlít ten nejsilnější kámen vůbec. Stejně tak ZLO: kdyby ho lidé rozdrtili byť jen o zrnko, jednoho dne by se zhroutilo, i když ne během tohoto života. Ale oni by se znovu vrátili na svou Zemi a viděli - byli to ONI, kdo jí pomohl vydržet! .. Byli to ONI, kdo jí pomohl stát se Světlem a Věrnou. Vím, že Sever by řekl, že člověk ještě neví, jak žít pro budoucnost... A já vím - zatím to byla pravda. Ale je to přesně to, podle mého chápání, co mnohé zastavilo v jejich vlastních rozhodnutích. Protože jsou lidé příliš zvyklí myslet a jednat „jako všichni ostatní“, nevyčnívat a nezasahovat, jen žít v míru.
"Odpusť mi, že jsem ti způsobil tolik bolesti, příteli." - Hlas Severu přerušil mé myšlenky. "Ale myslím, že ti to pomůže snáze se setkat se svým osudem." Pomůže vydržet...
Nechtěl jsem na to myslet... Jen ještě trochu! .. Koneckonců, na svůj smutný osud jsem měl ještě dost času. Proto, abych změnil bolavé téma, jsem se znovu začal ptát.
Přísně vzato, v tomto materiálu budeme stručně zvažovat nejen chemické a fyzikální vlastnosti kapalné vody, ale také vlastnosti, které jsou mu vlastní obecně jako takové.
Více informací o vlastnostech vody v pevném skupenství naleznete v článku - VLASTNOSTI VODY V PEVNÉM STAVU (čtěte →).
Voda je pro naši planetu mimořádně významná látka. Život na Zemi je bez něj nemožný, neprobíhá bez něj žádný geologický proces. Velký vědec a myslitel Vladimir Ivanovič Vernadskij ve svých dílech napsal, že neexistuje žádná taková složka, jejíž hodnota by se s ní dala „srovnat z hlediska jejího vlivu na průběh hlavních, nejimpozantnějších geologických procesů“. Voda je přítomna nejen v těle všech živých bytostí na naší planetě, ale také ve všech látkách na Zemi – v minerálech, v horninách... Studium jedinečných vlastností vody nám neustále odhaluje další a další tajemství, ptá se nás nových hádanky a výzvy.
Abnormální vlastnosti vody
Mnoho fyzikální a chemické vlastnosti vody překvapí a vypadnou z obecných pravidel a vzorců a jsou anomální, například:
- V souladu se zákony stanovenými principem podobnosti bychom v rámci věd, jako je chemie a fyzika, mohli očekávat, že:
- voda se bude vařit při minus 70 ° С a zmrzne při minus 90 ° С;
- voda nebude kapat ze špičky kohoutku, ale vylévat tenkým proudem;
- led klesne a nebude plavat na povrchu;
- více než pár zrnek cukru by se ve sklenici vody nerozpustilo.
- Povrch vody má záporný elektrický potenciál;
- Při zahřátí z 0 °C na 4 °C (přesněji 3,98 °C) se voda stlačí;
- Překvapivá je vysoká tepelná kapacita kapalné vody;
Jak bylo uvedeno výše, v tomto materiálu uvedeme hlavní fyzikální a chemické vlastnosti vody a učiníme krátké komentáře k některým z nich.
Fyzikální vlastnosti vody
FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI jsou vlastnosti, které se projevují mimo chemické reakce.
Čistota vody
Čistota vody závisí na přítomnosti nečistot, bakterií, solí těžkých kovů v ní ..., pro seznámení s výkladem pojmu ČISTÁ VODA podle verze našich stránek si musíte přečíst článek ČISTÁ VODA ( číst →).
Vodové barvy
Barva vody - záleží na chemické složení a mechanické nečistoty
Uveďme například definici „Barvy moře“ podle „Velké sovětské encyklopedie“.
Barva moře. Barva vnímaná okem, když se pozorovatel dívá na hladinu moře Barva moře závisí na barvě mořské vody, barvě oblohy, množství a povaze mraků, výšce Slunce nad horizont a další důvody.
Pojem barvy moře je třeba odlišit od pojmu barva mořské vody. Barvou mořské vody se rozumí barva vnímaná okem při vertikálním pohledu přes bílé pozadí. Jen nepatrná část na něj dopadajících světelných paprsků se odráží od mořské hladiny, zbytek proniká hluboko, kde je pohlcován a rozptylován molekulami vody, částicemi suspendovaných látek a drobnými bublinkami plynu. Rozptýlené paprsky odražené a vystupující z moře vytvářejí CM Molekuly vody rozptylují především modré a zelené paprsky. Suspendované částice rozptylují všechny paprsky téměř stejně. Mořská voda s malým množstvím suspendovaných látek se proto jeví modrozelená (barva otevřených částí oceánů) a se značným množstvím suspendovaných látek žlutozelená (například Baltské moře). Teoretickou stránku teorie cyklistiky rozpracovali V. V. Shuleikin a Ch. V. Raman.
Velká sovětská encyklopedie. - M .: Sovětská encyklopedie. 1969-1978
Vůně vody
Vůně vody – čistá voda je obecně bez zápachu.
Průzračnost vody
Čirost vody - závisí na minerálních látkách v ní rozpuštěných a obsahu mechanických nečistot, organických látek a koloidů:
PRŮHLEDNOST VODY - schopnost vody propouštět světlo. Obvykle se měří kotoučem Secchi. Závisí především na koncentraci organických a anorganických látek suspendovaných a rozpuštěných ve vodě. Může se prudce snížit v důsledku antropogenního znečištění a eutrofizace vodních útvarů.
Ekologický encyklopedický slovník. - Kišiněv I.I. Dědeček. 1989
PRŮHLEDNOST VODY - schopnost vody propouštět světelné paprsky. Závisí na tloušťce vodní vrstvy procházející paprsky, přítomnosti v ní suspendovaných nečistot, rozpuštěných látek atd. Červené a žluté paprsky jsou ve vodě absorbovány silněji, fialové pronikají hlouběji. Podle stupně průhlednosti se za účelem jejího snížení rozlišují vody:
- průhledný;
- mírně opalescentní;
- opalescentní;
- mírně zataženo;
- zataženo;
- velmi zataženo.
Slovník hydrogeologie a inženýrské geologie. - M .: Gostoptekhizdat. 1961
Chuť vody
Chuť vody – závisí na složení látek v ní rozpuštěných.
Slovník hydrogeologie a inženýrské geologie
Chuť vody je vlastnost vody, která závisí na solích a plynech v ní rozpuštěných. Existují tabulky vnímatelných koncentrací solí rozpuštěných ve vodě (v mg/l), např. následující tabulka (podle štábu).
Teplota vody
Teplota tání vody:
TEPLOTA TAVENÍ - teplota, při které látka přechází z PEVNÉHO STAVU do kapaliny. Bod tání pevné látky se rovná bodu tuhnutí kapaliny, například bod tání ledu, O °C, se rovná bodu tuhnutí vody.
Bod varu vody : 99,974 °C
Vědeckotechnický encyklopedický slovník
TEPLOTA VARU, teplota, při které látka přechází z jednoho skupenství (fáze) do druhého, tj. z kapaliny do páry nebo plynu. Bod varu stoupá s rostoucím vnějším tlakem a klesá s klesajícím vnějším tlakem. Obvykle se měří při standardním tlaku 1 atmosféra (760 mmHg) Bod varu vody při standardním tlaku je 100 °C.
Vědeckotechnický encyklopedický slovník.
Trojitý bod vody
Trojný bod vody: 0,01 °C, 611,73 Pa;
Vědeckotechnický encyklopedický slovník
TROJNÍ BOD, teplota a tlak, při kterých mohou současně existovat všechna tři skupenství hmoty (pevné, kapalné, plynné). U vody je trojný bod při teplotě 273,16 K a tlaku 610 Pa.
Vědeckotechnický encyklopedický slovník.
Povrchové napětí vody
Povrchové napětí vody - určuje sílu přilnavosti molekul vody k sobě, například na tomto parametru závisí to, jak je ta či ona voda absorbována lidským tělem.
Tvrdost vody
Námořní slovní zásoba
TVRDOST VODY (Stiffness of Water) - vlastnost vody, vykrvácená obsahem solí kovů alkalických zemin v ní rozpuštěných, Ch. arr vápníku a hořčíku (ve formě hydrogenuhličitanových solí - hydrogenuhličitanů) a solí silných minerálních kyselin - sírové a chlorovodíkové. Zh. V. se měří ve speciálních jednotkách, tzv. stupně tvrdosti. Stupeň tvrdosti je hmotnostní obsah oxidu vápenatého (CaO), rovný 0,01 g v 1 litru vody. Tvrdá voda je pro napájení kotlů nevhodná, protože přispívá k silné tvorbě vodního kamene na jejich stěnách, což může způsobit vyhoření kotlových trubek. Kotle velkých výkonů a zejména vysokých tlaků musí být napájeny zcela vyčištěnou vodou (kondenzát z parních strojů a turbín, vyčištěný filtry od ropných nečistot, ale i destilát připravený ve speciálních odparkách).
Samoilov K.I. Marine slovník. - M.-L .: Státní námořní nakladatelství NKVMF SSSR, 1941
Vědeckotechnický encyklopedický slovník
TVRDOST VODY, neschopnost vody tvořit pěnu s mýdlem kvůli solím v ní rozpuštěným, hlavně vápníku a hořčíku.
Vodní kámen v kotlích a potrubí vzniká díky přítomnosti rozpuštěného uhličitanu vápenatého ve vodě, který se do vody dostává při kontaktu s vápencem. V horké nebo vroucí vodě se uhličitan vápenatý sráží jako tvrdé usazeniny vodního kamene na površích uvnitř kotlů. Uhličitan vápenatý také zabraňuje pěnění mýdla. Nádoba na výměnu iontů (3), naplněná kuličkami potaženými materiály obsahujícími sodík. se kterými voda přichází do styku. Sodné ionty jako aktivnější nahrazují ionty vápníku Vzhledem k tomu, že sodné soli zůstávají rozpustné i během varu, netvoří se vodní kámen.
Vědeckotechnický encyklopedický slovník.
Struktura vody
Mineralizace vody
Mineralizace vody :
Ekologický encyklopedický slovník
MINERALIZACE VODY - nasycení vodou anorganické (minerální) látky v něm ve formě iontů a koloidů; celkové množství anorganických solí obsažených především ve sladké vodě, stupeň mineralizace se obvykle vyjadřuje v mg/l nebo g/l (někdy v g/kg).
Ekologický encyklopedický slovník. - Kišiněv: Hlavní redakce Moldavské sovětské encyklopedie. I.I. Dědeček. 1989
Viskozita vody
Viskozita vody - charakterizuje vnitřní odpor částic kapaliny vůči jejímu pohybu:
Geologický slovník
Viskozita vody (kapaliny) je vlastnost kapaliny, která způsobuje vznik třecí síly při pohybu. Je to faktor, který přenáší pohyb z vrstev vody pohybujících se vysokou rychlostí do vrstev s nižší rychlostí. V. v. závisí na teplotě a koncentraci roztoku. Fyzikálně se posuzuje koeficientem. viskozita, která je obsažena v řadě vzorců pro pohyb vody.
Geologický slovník: ve 2 svazcích. - M .: Nedra. Editoval K. N. Paffengolts a další. 1978
Existují dva typy viskozity vody:
- Dynamická viskozita vody - 0,00101 Pa s (při 20 °C).
- Kinematická viskozita vody je 0,01012 cm 2 / s (při 20 ° C).
Kritický bod vody
Kritickým bodem vody je její stav při určitém poměru tlaku a teploty, kdy jsou její vlastnosti stejné v plynném i kapalném skupenství (plynná a kapalná fáze).
Kritický bod vody: 374 °C, 22,064 MPa.
Dielektrická konstanta vody
Dielektrická konstanta je obecně koeficient ukazující, o kolik je síla interakce mezi dvěma náboji ve vakuu větší než v určitém prostředí.
V případě vody je toto číslo neobvykle vysoké a rovná se 81 pro statická elektrická pole.
Tepelná kapacita vody
Tepelná kapacita vody - Voda má překvapivě vysokou tepelnou kapacitu:
Ekologický slovník
Tepelná kapacita – vlastnost látek absorbovat teplo. Vyjadřuje se jako množství tepla absorbovaného látkou, když se zahřeje o 1 °C. Tepelná kapacita vody je asi 1 cal / g nebo 4,2 J / g. Tepelná kapacita půdy (při 14,5-15,5 °C) se pohybuje (od písčitých po rašelinové půdy) od 0,5 do 0,6 cal (nebo 2,1-2,5 J) na jednotku objemu a od 0,2 do 0,5 cal (nebo 0,8-2,1 J ) na jednotku hmotnosti (g).
Ekologický slovník. - Alma-Ata: "Věda". B.A. Bykov. 1983
Vědeckotechnický encyklopedický slovník
SPECIFICKÁ KAPACITA (označení c), teplo potřebné ke zvýšení teploty 1 kg látky o 1 K. Měřeno v J / Kkg (kde J je JOULE). Vyžadují látky s vysokým specifickým teplem, jako je voda více energie ke zvýšení teploty než látky s nízkým měrným teplem.
Vědeckotechnický encyklopedický slovník.
Tepelná vodivost vody
Tepelná vodivost látky označuje její schopnost vést teplo z jejích teplejších částí do chladnějších částí.
K přenosu tepla ve vodě dochází buď na molekulární úrovni, to znamená, že je přenášeno molekulami vody, nebo v důsledku pohybu / přemístění jakékoli nebo objemů vody - turbulentní tepelná vodivost.
Tepelná vodivost vody závisí na teplotě a tlaku.
Tekutost vody
Tekutostí látek se rozumí jejich schopnost měnit svůj tvar vlivem stálého namáhání nebo stálého tlaku.
Tekutost kapalin je dána také pohyblivostí jejich částic, které v klidu nejsou schopny vnímat tangenciální napětí.
Vodní indukčnost
Indukčnost určuje magnetické vlastnosti uzavřených obvodů elektrického proudu. Voda, s výjimkou některých případů, vede elektrický proud, a proto má určitou indukčnost.
Hustota vody
Hustota vody je určena poměrem její hmotnosti k objemu při určité teplotě. Přečtěte si více v našem materiálu - CO JE HUSTOTA VODY(čtěte →).
Stlačitelnost vody
Stlačitelnost vody je zanedbatelná a závisí na slanosti vody a tlaku. Například pro destilovanou vodu je to 0,0000490.
Vodivost vody
Elektrická vodivost vody do značné míry závisí na množství solí rozpuštěných v nich.
Radioaktivita ve vodě
Radioaktivita vody - závisí na obsahu radonu v ní, emanaci radia.
Fyzikální a chemické vlastnosti vody
Slovník hydrogeologie a inženýrské geologie
FYZIKÁLNÍ A CHEMICKÉ VLASTNOSTI VOD - parametry určující fyzikálně-chemické vlastnosti přírodních vod. Patří sem indikátory koncentrace vodíkových iontů (pH) a redox potenciálu (Eh).
Slovník hydrogeologie a inženýrské geologie. - M .: Gostoptekhizdat. Sestavil A. A. Makkaveev, editor O. K. Lange. 1961
Acidobazická rovnováha vody
Redoxní potenciál vody
Redoxní potenciál vody (ORP) - schopnost vody vstupovat do biochemických reakcí.
Chemické vlastnosti vody
CHEMICKÉ VLASTNOSTI LÁTKY jsou vlastnosti, které se projevují jako výsledek chemických reakcí.
Níže jsou uvedeny Chemické vlastnosti vody podle učebnice „Základy chemie. Internetová učebnice „A. V. Manuilova, V. I. Rodionova.
Interakce vody s kovy
Když voda interaguje s většinou kovů, dochází k reakci s uvolňováním vodíku:
- 2Na + 2H2O = H2 + 2NaOH (násilně);
- 2K + 2H20 = H2 + 2KOH (násilně);
- 3Fe + 4H2O = 4H2 + Fe3O4 (pouze při zahřátí).
Ne všechny, ale pouze dostatečně aktivní kovy se mohou účastnit redoxních reakcí tohoto typu. Nejsnáze reagují alkalické kovy a kovy alkalických zemin skupiny I a II.
Interakce vody s nekovy
Nekovy reagují s vodou, například uhlík a jeho vodíková sloučenina (methan). Tyto látky jsou mnohem méně aktivní než kovy, ale přesto mohou reagovat s vodou při vysokých teplotách:
- C + H2O = H2 + CO (při silném zahřívání);
- CH4 + 2H2O = 4H2 + CO2 (při silném zahřívání).
Interakce vody s elektrickým proudem
Voda se působením elektrického proudu rozkládá na vodík a kyslík. Je to také redoxní reakce, kde voda je jak oxidační činidlo, tak redukční činidlo.
Interakce vody s oxidy nekovů
Voda reaguje s mnoha oxidy nekovů a některými oxidy kovů. Nejedná se o redoxní reakce, ale o složené reakce:
SO2 + H2O = H2SO3 (kyselina siřičitá)
SO3 + H2O = H2SO4 (kyselina sírová)
CO2 + H2O = H2CO3 (kyselina uhličitá)
Interakce vody s oxidy kovů
Některé oxidy kovů mohou také reagovat s vodou. Příklady takových reakcí jsme již viděli:
CaO + H2O = Ca (OH) 2 (hydroxid vápenatý (hašené vápno)
Ne všechny oxidy kovů reagují s vodou. Některé z nich jsou prakticky nerozpustné ve vodě, a proto s vodou nereagují. Například: ZnO, TiO2, Cr2O3, ze kterých se připravují např. voděodolné barvy. Oxidy železa jsou také nerozpustné ve vodě a nereagují s ní.
Hydratuje a krystalicky hydratuje
Voda tvoří sloučeniny, hydráty a krystalické hydráty, ve kterých je molekula vody zcela zadržena.
Například:
- CuS04 + 5 H20 = CuS04.5H20;
- CuSO4 je bílá látka (bezvodý síran měďnatý);
- CuSO4.5H2O - krystalický hydrát (síran měďnatý), modré krystaly.
Další příklady tvorby hydrátů:
- H2SO4 + H2O = H2SO4.H2O (hydrát kyseliny sírové);
- NaOH + H2O = NaOH.H2O (hydrát hydroxidu sodného).
Jako desikanty se používají sloučeniny, které vážou vodu na hydráty a krystalické hydráty. S jejich pomocí se například odstraňuje vodní pára z vlhkého atmosférického vzduchu.
Biosyntéza
Voda se účastní biosyntézy, jejímž výsledkem je tvorba kyslíku:
6n CO 2 + 5n H 2 O = (C 6 H 10 O 5) n + 6n O 2 (při působení světla)
Vidíme, že vlastnosti vody jsou rozmanité a pokrývají téměř všechny aspekty života na Zemi. Jak řekl jeden z vědců ... vodu je třeba studovat komplexně, a ne v kontextu jejích jednotlivých projevů.
Při přípravě materiálu byly použity informace z knih - Yu.P. Rassadkin „Obyčejná a mimořádná voda“, Yu. Ya. Fialkov „Neobvyklé vlastnosti běžných roztoků“, učebnice „Základy chemie“. Internetová učebnice „A. V. Manuilova, V. I. Rodionova a dalších.
Poprvé nadkritický stav hmoty objevil Cañar de la Tour v roce 1822, kdy v těsně uzavřené kovové kouli zahříval různé kapaliny (kulovitý tvar byl zvolen tak, aby nádoba vydržela maximální možný tlak). Uvnitř koule kromě kapaliny umístil nejjednodušší senzor – malý kamínek. Zatřepáním míče během procesu zahřívání Cañar de la Tour zjistil, že zvuk, který vydává kámen, když narazí na stěnu míče, se v určitém okamžiku dramaticky změní – ohluchne a zeslábne. U každé kapaliny k tomu došlo při přesně definované teplotě, která se stala známou jako bod Canyara de la Tour. Skutečný zájem o nový fenomén se objevil v roce 1869 po experimentech T. Andrewse. Experimentováním s tlustostěnnými skleněnými trubicemi zkoumal vlastnosti CO 2, který se zvyšujícím se tlakem snadno zkapalňuje. V důsledku toho zjistil, že při 31 °C a 7,2 MPa meniskus, hranice oddělující kapalinu a prostor vyplněný plynem, mizí a celý objem je rovnoměrně vyplněn mléčně bílou opalizující kapalinou. S dalším zvýšením teploty se rychle stává průhledným a pohyblivým, skládající se z neustále proudících trysek, připomínajících proudy teplého vzduchu nad vyhřívaným povrchem. Další zvýšení teploty a tlaku nevedlo k viditelným změnám.
Bod, ve kterém k takovému přechodu dochází, nazval kritickým a stav látky umístěné nad tímto bodem - superkritický. Navzdory skutečnosti, že navenek připomíná kapalinu, při aplikaci se nyní používá zvláštní termín- superkritická tekutina (z anglického slova fluid, tedy "schopná proudit"). V moderní literatuře je akceptováno zkrácené označení pro superkritické tekutiny - SCF.
Kritický bod.
Při změně teploty nebo tlaku dochází k vzájemným přechodům: pevný- kapalina - plyn např. při zahřívání se pevná látka mění v kapalinu, při zvýšení teploty nebo při poklesu tlaku se kapalina mění v plyn. Všechny tyto přechody jsou obvykle reverzibilní. Obecně jsou znázorněny na obrázku:
Umístění čar vymezujících oblasti plynného, kapalného a pevného skupenství a také poloha trojného bodu, kde se tyto tři oblasti sbíhají, jsou pro každou látku jiné. Nadkritická oblast začíná v kritickém bodě (označeném hvězdičkou), který je charakterizován dvěma parametry - teplotou a tlakem (stejně jako bod varu). Snížení buď teploty nebo tlaku pod kritickou hodnotu odstraní látku z nadkritického stavu.
Skutečnost, že existuje kritický bod, umožnila pochopit, proč některé plyny, například vodík, dusík, kyslík, nemohly být po dlouhou dobu získány v kapalné formě pomocí zvýšeného tlaku, a proto se dříve nazývaly trvalé. plyny (lat. permanentis - trvalý). Z výše uvedeného obrázku je vidět, že oblast existence kapalné fáze se nachází vlevo od čáry kritické teploty. Aby tedy mohl být jakýkoli plyn zkapalněn, musí být nejprve ochlazen na teplotu pod kritickou. Plyny jako CO 2 nebo Cl 2 mají kritickou teplotu nad pokojovou teplotou (31 °C, resp. 144 °C), takže je lze při pokojové teplotě zkapalnit pouze zvýšením tlaku. Pro dusík je kritická teplota mnohem nižší než pokojová teplota: -239,9 °C, pokud tedy dusík stlačíte za normálních podmínek (výchozí bod žlutá barva na obrázku níže), můžete nakonec dosáhnout nadkritické oblasti, ale kapalný dusík nemůže vzniknout. Nejprve je nutné dusík ochladit pod kritickou teplotu (zelená tečka) a poté zvýšením tlaku dosáhnout oblasti, kde může existovat kapalina - červené tečky (pevné skupenství dusíku je možné pouze při velmi vysokých tlacích, proto odpovídající oblast není na obrázku znázorněna):
U vodíku a kyslíku je situace podobná (kritické teploty jsou –118,4 ° С, resp. –147 ° С), proto se před zkapalněním nejprve ochladí na teplotu pod kritickou a teprve poté se zvýší tlak.
Superkritický stav
možná u většiny kapalných a plynných látek je pouze nutné, aby se látka nerozkládala při kritické teplotě. Látky, u kterých je takový stav nejsnáze dosažitelný (tj. je potřeba relativně nízká teplota a tlak), jsou znázorněny v diagramu:
V porovnání s uvedenými látkami je kritický bod pro vodu dosahován velmi obtížně: t cr = 374,2 °C a p cr = 21,4 MPa.
Od poloviny 80. let 19. století každý uznával kritický bod jako důležitý fyzikální parametr hmoty, stejně jako bod tání nebo bod varu. Hustota GFR je extrémně nízká, například voda ve formě GFR má hustotu třikrát nižší než za normálních podmínek. Všechny SCF mají extrémně nízké viskozity.
Superkritické tekutiny jsou křížencem mezi kapalinou a plynem. Dokážou se stlačovat jako plyny (běžné kapaliny jsou prakticky nestlačitelné) a zároveň jsou schopny rozpouštět pevné látky, což je pro plyny netypické. Nadkritický ethanol (při teplotách nad 234 °C) velmi snadno rozpouští některé anorganické soli (CoCl 2, KBr, KI). Oxid uhličitý, oxid dusný, etylen a některé další plyny ve stavu GFR získávají schopnost rozpouštět mnoho organických látek – kafr, kyselinu stearovou, parafín a naftalen. Vlastnosti superkritického CO 2 jako rozpouštědla lze upravit - s rostoucím tlakem prudce roste jeho rozpouštěcí schopnost:
Experimenty nastavené pro vizuální pozorování nadkritického stavu byly nebezpečné, protože ne každá skleněná ampule je schopna odolat tlaku desítek MPa. Později, aby zjistili okamžik, kdy se látka stane tekutinou, se místo vizuálního pozorování ve skleněných trubicích vrátili k technice blízké té, kterou používal Cañar de la Tour. Pomocí speciálního zařízení začali měřit rychlost šíření zvuku ve zkoumaném prostředí, v okamžiku dosažení kritického bodu rychlost šíření zvukových vln prudce klesá.
Aplikace GFŘ.
V polovině osmdesátých let obsahovaly referenční knihy informace o kritických parametrech stovek anorganických a organických látek, ale neobvyklé vlastnosti GFŘ stále nebyla použita.
Superkritické tekutiny se začaly široce používat až v 80. letech 20. století, kdy obecná úroveň průmyslového rozvoje učinila zařízení GFR široce dostupné. Od tohoto okamžiku začal intenzivní vývoj superkritických technologií. Vědci se zaměřili především na vysokou rozpouštěcí schopnost GFR. Na pozadí tradičních metod se použití superkritických tekutin ukázalo jako velmi účinné. SCF nejsou jen dobrá rozpouštědla, ale také látky s vysokým difúzním koeficientem, tzn. snadno pronikají do hlubokých vrstev různých pevných látek a materiálů. Nejpoužívanější superkritický CO 2, který se ukázal být rozpouštědlem pro širokou škálu organických sloučenin. Oxid uhličitý se stal lídrem ve světě superkritických technologií, protože má celou řadu výhod. Je docela snadné jej převést do superkritického stavu (t cr - 31 ° C, r cr - 73,8 atm.), Navíc není toxický, nehořlavý, nevýbušný a kromě toho je levný a dostupný. Z pohledu každého technologa je to ideální součást každého procesu. Je zvláště atraktivní, protože je nedílnou součástí atmosférického vzduchu, a proto neznečišťuje životní prostředí. Superkritický CO 2 lze považovat za absolutně ekologické rozpouštědlo.
Farmaceutický průmysl byl jedním z prvních, kdo se obrátil na novou technologii, protože SCF umožňuje nejúplnější izolaci biologicky aktivních látek z rostlinných materiálů při zachování jejich složení. Nová technologie plně odpovídá moderním sanitárním a hygienickým normám pro výrobu léčiv. Kromě toho odpadá krok oddestilování extrakčního rozpouštědla a jeho následné čištění pro opakované cykly. V současnosti je touto technologií organizována výroba některých vitamínů, steroidů a dalších léků.
Kofein je lék používaný ke zlepšení výkonu kardiovaskulárního systému se získávají z kávových zrn i bez jejich předchozího mletí. Úplnosti extrakce je dosaženo díky vysoké penetrační schopnosti GFR. Zrna se umístí do autoklávu - nádoby, která odolá zvýšenému tlaku, poté se do ní přivede plynný CO 2 a následně se vytvoří potřebný tlak (> 73 atm.), v důsledku čehož CO 2 přejde do nadkritický stav. Celý obsah se promíchá, načež se tekutina spolu s rozpuštěným kofeinem přelije do otevřené nádoby. Oxid uhličitý se při atmosférickém tlaku mění v plyn a uniká do atmosféry a extrahovaný kofein zůstává v otevřené nádobě v čisté formě:
Při výrobě kosmetických a parfumérských přípravků se k extrakci používají technologie SCF éterické oleje, vitamíny, fytoncidy z rostlinných a živočišných produktů. V extrahovaných látkách nejsou žádné stopy rozpouštědel a šetrná metoda extrakce umožňuje zachovat jejich biologickou aktivitu.
PROTI Potravinářský průmysl nová technologie umožňuje jemně extrahovat z rostlinných materiálů různé chuťové a aromatické složky přidávané do potravinářských výrobků.
Radiochemie využívá nové technologie k řešení problémů životního prostředí. Mnoho radioaktivních prvků v nadkritickém prostředí snadno tvoří komplexy s přidanými organickými sloučeninami - ligandy. Výsledný komplex je na rozdíl od výchozí sloučeniny radioaktivního prvku rozpustný v kapalině, a proto se snadno odděluje od objemu látky. Tímto způsobem je možné extrahovat zbytky radioaktivních prvků z odpadních rud a také dekontaminovat půdu kontaminovanou radioaktivními odpady.
Odstranění kontaminantů SC rozpouštědlem je zvláště účinné. Existují projekty instalací pro odstraňování kontaminace z oděvů (superkritické chemické čištění), stejně jako pro čištění různých elektronických obvodů při jejich výrobě.
Kromě zmíněných výhod se nová technologie ve většině případů ukazuje jako levnější než ta tradiční.
Hlavní nevýhodou superkritických rozpouštědel je, že nádoby naplněné superkritickou kapalinou pracují v dávkovém režimu: nakládání surovin do zařízení - vykládání hotových produktů - nakládání čerstvé části surovin. Není vždy možné zvýšit produktivitu instalace zvýšením objemu zařízení, protože vytvoření velkých nádob, které vydrží tlak blízký 10 MPa, je obtížný technický problém.
Pro některé procesy chemické technologie se podařilo vyvinout kontinuální procesy - neustálý přísun surovin a nepřetržitý odběr výsledného produktu. Produktivita se zlepšuje jako není třeba ztrácet čas nakládáním a vykládáním. V tomto případě může být objem zařízení výrazně snížen.
Plynný vodík je snadno rozpustný v superkritickém CO2, což umožňuje kontinuálně hydrogenovat organické sloučeniny v kapalném médiu. Reagenty (organická hmota a vodík) a kapalina jsou kontinuálně přiváděny do reaktoru obsahujícího hydrogenační katalyzátor. Produkty jsou odstraňovány přes speciální ventil, zatímco tekutina se jednoduše odpaří a může být poslána zpět do reaktoru. Popsaným způsobem je možné hydrogenovat téměř kilogram výchozí sloučeniny za dvě minuty a reaktor s takovou kapacitou se doslova vejde do dlaně. Je mnohem snazší vyrobit takový malý reaktor, který odolá vysokým tlakům, než velké zařízení.
Takový reaktor byl testován v procesech hydrogenace cyklohexenu na cyklohexan (používaný jako rozpouštědlo pro esenciální oleje a některé kaučuky), stejně jako isoforon na trimethylcyklohexanon (používaný v organické syntéze):
V chemii polymerů se superkritický CO2 jako polymerační médium používá jen zřídka. Většina monomerů je v něm rozpustná, ale v procesu polymerace rostoucí molekula ztrácí svou rozpustnost dlouho předtím, než stihne znatelně narůst. Tuto nevýhodu se nám podařilo proměnit ve výhodu. Konvenční polymery se pak účinně čistí od nečistot regenerací nezreagovaného monomeru a iniciátoru polymerace pomocí SCF. Díky svým extrémně vysokým difuzním vlastnostem tekutina snadno proniká do hmoty polymeru. Proces je technologicky vyspělý – nejsou potřeba obrovská množství organických rozpouštědel, která se mimochodem z polymerní hmoty obtížně odstraňují.
Polymery navíc po napuštění tekutinou snadno bobtnají a absorbují jí až 30 %. Po nabobtnání gumový kroužek téměř zdvojnásobí svou tloušťku:
S pomalým poklesem tlaku se obnoví původní velikost. Pokud vezmete ne elastický materiál, ale pevný, a po nabobtnání najednou tlak povolíte, pak CO 2 rychle odletí a polymer zanechá ve formě mikroporézního materiálu. Jedná se v podstatě o novou technologii výroby poroplastů.
SC-fluid je nepostradatelný pro zavádění barviv, stabilizátorů a různých modifikátorů do polymerní hmoty. Například se do polyarylátu zavádějí komplexy mědi, které při následné redukci tvoří kovovou měď. Výsledkem je, že se z polymeru a rovnoměrně rozloženého kovu vytvoří kompozice se zvýšenou odolností proti opotřebení.
Některé polymery (polysiloxany a fluorované polyuhlovodíky) se rozpouštějí v SC-CO 2 při teplotách blízkých 100 0 C a tlaku 300 atm. Tato skutečnost umožňuje použít SCF jako médium pro polymeraci konvenčních monomerů. Do polymerujícího akrylátu se přidávají rozpustné fluorované polyuhlovodíky, zatímco rostoucí molekula a fluorované „aditivum“ se navzájem drží polárními interakcemi. Fluorované skupiny přidaného polymeru tedy fungují jako „plovoucí“, aby udržely celý systém v roztoku. Výsledkem je, že rostoucí molekula polyakrylátu se z roztoku nesráží a má čas narůst do významných velikostí:
V polymerní chemii se využívá i dříve zmíněná vlastnost tekutin - měnit rozpouštěcí schopnost se zvyšujícím se tlakem ( cm... graf rozpouštění naftalenu). Polymer se umístí do tekutého média a při postupném zvyšování tlaku se části roztoku odebírají. Tak je možné poměrně jemně rozdělit polymer na jednotlivé frakce, to znamená roztřídit molekuly podle velikosti.
Látky používané jako tekutiny. Perspektivy.
Nyní je 90 % všech technologií SCF zaměřeno na superkritické СО 2. Kromě oxidu uhličitého se do praxe postupně začínají dostávat i další látky. Superkritický xenon (t cr - 16,6 °C, p cr - 58 atm.) je absolutně inertní rozpouštědlo, a proto jej chemici používají jako reakční médium k získání nestabilních sloučenin (nejčastěji organokovových), pro které je potenciálním činidlem CO2. Neočekává se, že tato kapalina bude široce používána, protože xenon je drahý plyn.
Pro extrakci živočišných tuků a rostlinné oleje z přírodních surovin je vhodnější nadkritický propan (t cr - 96,8, p cr - 42 atm.), protože tyto sloučeniny rozpouští lépe než CO 2.
Jednou z nejrozšířenějších a ekologicky šetrných látek je voda, ale je poměrně obtížné ji převést do superkritického stavu, protože parametry kritického bodu jsou velmi velké: t cr - 374 ° C, r cr - 220 atm. Moderní technologie umožňují vytvářet instalace, které splňují takové požadavky, ale provoz v tomto teplotním a tlakovém rozsahu je technicky obtížný. Superkritická voda rozpouští téměř všechny organické sloučeniny, které se při ní nerozkládají vysoké teploty... Taková voda, když se k ní přidá kyslík, se stane silným oxidačním médiem, které během několika minut přemění jakékoli organické sloučeniny na H2O a CO2. V současné době zvažují možnost takto recyklovat domovní odpad, především plastové obaly (takové nelze pálit, protože vznikají toxické těkavé látky).
Michail Levický
Křivka fázové rovnováhy (v rovině P, T) může v určitém bodě končit (obr. 16); takový bod se nazývá kritický a odpovídající teplota a tlak se nazývají kritická teplota a kritický tlak. Při vyšších teplotách a při vyšších tlacích nedochází k rozdílným fázím a těleso je vždy homogenní.
Dá se říci, že v kritickém bodě mizí rozdíl mezi dvěma fázemi. Pojem kritického bodu poprvé představil D.I.Mendělejev (1860).
V souřadnicích T, V vypadá rovnovážný diagram v přítomnosti kritického bodu, jak je znázorněno na Obr. 17. Jak se teplota blíží kritické hodnotě, přibližují se specifické objemy fází ve vzájemné rovnováze a shodují se v kritickém bodě (K na obr. 17). Diagram v souřadnicích P, V má podobný tvar.
V přítomnosti kritického bodu mezi libovolnými dvěma stavy hmoty lze provést kontinuální přechod, ve kterém nikdy nedojde k rozdělení na dvě fáze – k tomu je třeba změnit stav podél nějaké křivky, která obaluje kritický bod a nikde neprotíná rovnovážnou křivku. V tomto smyslu se v přítomnosti kritického bodu stává samotný koncept různých fází konvenčním a je nemožné ve všech případech označit, které stavy jsou jednou fází a které druhou. Přísně vzato lze o dvou fázích mluvit pouze tehdy, existují-li obě současně, dotýkají se navzájem, tedy v bodech ležících na rovnovážné křivce.
Je jasné, že kritický bod může existovat pouze pro takové fáze, mezi nimiž je rozdíl pouze čistě kvantitativního charakteru. Takové jsou kapalina a plyn, které se od sebe liší pouze větší či menší úlohou interakce mezi molekulami.
Stejné fáze jako kapalina a pevná látka (krystal) nebo různé krystalické modifikace látky se od sebe kvalitativně liší, protože se liší svou vnitřní symetrií. Je jasné, že o jakékoli vlastnosti (prvku) symetrie lze pouze říci, že existuje, nebo že neexistuje; může se objevit nebo zmizet pouze okamžitě, náhle a ne postupně. V každém stavu bude mít tělo buď jednu nebo druhou symetrii, a proto můžete vždy označit, do které ze dvou fází patří. Kritický bod pro takové fáze proto nemůže existovat a rovnovážná křivka musí jít buď do nekonečna, nebo končit, protínající se s rovnovážnými křivkami jiných fází.
Obyčejný bod fázového přechodu nepředstavuje matematicky singularitu pro termodynamické veličiny látky. Každá z fází může skutečně existovat (alespoň jako metastabilní) na druhé straně bodu přechodu; termodynamické nerovnosti v tomto bodě nejsou porušeny. V bodě přechodu jsou chemické potenciály obou fází navzájem stejné:; pro každou z funkcí není tento bod vůbec pozoruhodný.
Znázorněme v rovině Р, V libovolnou izotermu kapaliny a plynu, tedy křivku závislosti Р na V při izotermické expanzi homogenního tělesa na Obr. osmnáct). Podle termodynamické nerovnosti existuje klesající funkce V. Takový sklon izoterm by měl být zachován do určité vzdálenosti za body jejich průsečíku s rovnovážnou křivkou kapaliny a plynu (body b a úseky izoterm odpovídají metastabilním přehřátým kapalina a podchlazená pára, ve kterých jsou ještě splněny termodynamické nerovnosti (zcela rovnovážná izotermická změna stavu mezi body b samozřejmě neodpovídá vodorovnému segmentu, na kterém dochází k rozdělení na dvě fáze).
Pokud vezmeme v úvahu, že body mají stejnou pořadnici P, pak je jasné, že obě části izotermy do sebe nemohou plynule přecházet a musí mezi nimi být mezera. Izotermy končí v bodech (c a d), ve kterých je porušena termodynamická nerovnost, tzn.
Po sestrojení místa zakončení izoterm kapaliny a plynu získáme křivku baterie, na které jsou porušeny termodynamické nerovnosti (pro homogenní těleso); omezuje oblast, ve které těleso za žádných okolností nemůže existovat jako homogenní. Oblasti mezi touto křivkou a křivkou fázové rovnováhy odpovídají přehřáté kapalině a přechlazené páře. Je zřejmé, že v kritickém bodě se obě křivky musí vzájemně dotýkat. Z bodů ležících na samotné křivce baterie odpovídá skutečně existujícím stavům homogenního tělesa pouze kritický bod K - jediný, ve kterém se tato křivka dostává do kontaktu s oblastí stabilních homogenních stavů.
Na rozdíl od obvyklých bodů fázové rovnováhy je kritický bod matematicky singulární bod pro termodynamické funkce hmoty (totéž platí pro celou křivku AQW, která omezuje oblast existence homogenních stavů tělesa). Charakter tohoto znaku a chování hmoty v blízkosti kritického bodu bude posouzeno v § 153.
Při dostatečně vysokých teplotách se horizontální úsek izotermy reálného plynu (viz obr. 6.4) velmi zkrátí a při určité teplotě přejde do bodu (na obr. 6.4 - bod K). Tato teplota se nazývá kritická.
Kritická teplota je teplota, při které mizí rozdíly ve fyzikálních vlastnostech mezi kapalinou a párou, které jsou s ní v dynamické rovnováze. Každá látka má svou vlastní kritickou teplotu. Například kritická teplota pro oxid uhličitý CO2 je t K = 31 ° C a pro vodu - t K = 374 ° C.
Kritická situace
Stav odpovídající bodu K, do kterého se horizontální řez izotermy otočí při teplotě T = T to, se nazývá kritický stav (kritický bod). Tlak a objem v tomto stavu se nazývají kritické. Kritický tlak pro oxid uhličitý je 7,4 10 6 Pa (73 atm) a pro vodu 2,2 10 7 Pa (218 atm). V kritickém stavu má kapalina maximální objem a nasycená pára má maximální tlak.
Hustota kapaliny a její nasycené páry při kritické teplotě
Již jsme si všimli, že s rostoucí teplotou roste hustota nasycené páry (viz § 6.3). Hustota kapaliny v rovnováze s její párou naopak klesá v důsledku její expanze při zahřívání.
Tabulka 2 ukazuje hodnoty hustoty vody a její nasycené páry pro různé teploty.
tabulka 2
Pokud na jednom obrázku nakreslíme křivky závislosti hustoty kapaliny a její nasycené páry na teplotě, pak pro kapalinu bude křivka klesat a pro páru nahoru (obr. 6.6). Při kritické teplotě obě křivky splývají, tj. hustota kapaliny se rovná hustotě páry. Rozdíl mezi kapalinou a párou zmizí.
Rýže. 6.6
Plyn a pára
Slova „plyn“ a „pára“ jsme použili mnohokrát. Tyto termíny vznikly v době, kdy se věřilo, že páru lze přeměnit na kapalinu, ale plyn nikoli. Po zkondenzování všech plynů (viz § 6.7) nebyl důvod pro takovou dvojí terminologii. Pára a plyn jsou jedno a totéž, není mezi nimi žádný zásadní rozdíl. Hovoří-li se o páře jakékoli kapaliny, obvykle tím míní, že její teplota je nižší než kritická a kompresí ji lze proměnit v kapalinu. Pouze ze zvyku mluvíme o vodní páře, nikoli o vodním plynu, syté páře, nikoli nasyceném plynu atd.
Experimentální zkoumání kritického stavu
Experimenty se studiem kritického stavu provedl v roce 1863 ruský vědec M.P. Avenarius. Zařízení, kterým můžete pozorovat kritický stav (přístroj Avenarius), se skládá ze vzduchové lázně (obr. 6.7) a zatavené skleněné trubičky (ampule) s kapalným éterem uvnitř lázně. Objem ampule (její kapacita) se rovná kritickému objemu éteru nalitého do zkumavky. Prostor nad éterem v ampuli je vyplněn nasycenými éterovými parami.
Rýže. 6.7
S pomocí plynový hořák nebo jiného ohřívače se vzduchová lázeň ohřívá. Stav éteru je sledován přes skleněné okénko v zařízení.
Při pokojové teplotě můžete jasně vidět hranici mezi kapalinou a párou (obr. 6.8, a). Jak se blíží kritická teplota, objem kapalného etheru se zvětšuje a rozhraní kapalina-pára se stává slabým, nestabilním (obr. 6.8, b).
Rýže. 6.8
Při přiblížení ke kritickému stavu hranice mezi nimi zcela zmizí (obr. 6.8, c).
Po ochlazení se objeví hustá mlha, která vyplní celou trubici (obr. 6.8, d). To tvoří kapky kapaliny. Poté se spojí dohromady a opět vznikne rozhraní mezi kapalinou a párou (obr. 6.8, e).
Pro experiment byl vybrán ether, protože má relativně nízký kritický tlak (asi 36 atm). Jeho kritická teplota je také nízká: 194 ° C.
Pokud stlačíte plyn a udržujete jeho teplotu nad kritickou teplotou (viz obr. 6.4, izoterma T 3), a jako dříve začnete s velmi velkými objemy, pak snížení objemu povede ke zvýšení tlaku v souladu s stavová rovnice ideálního plynu. Pokud však ke kondenzaci páry došlo při teplotě pod kritickou teplotou při určitém tlaku, nebude nyní tvorba kapaliny v nádobě pozorována. Při teplotách nad kritickou teplotou se plyn nemůže při žádném tlaku přeměnit na kapalinu.
To je hlavní význam pojmu kritická teplota.
Schéma rovnovážných stavů plynu a kapaliny
Vraťme se k obrázku 6.4, který ukazuje izotermy skutečného plynu. Spojme všechny levé konce vodorovných úseků izoterm, tedy ty body, které odpovídají konci kondenzace syté páry a začátku stlačování kapaliny. Výsledkem je hladká křivka končící v kritickém bodě K. Na obrázku 6.9 je toto křivka ART. Vlevo od křivky AK mezi ní a kritickou izotermou (úsek izotermy SC) je oblast odpovídající kapalnému skupenství látky (na obr. 6.9 je tato oblast zvýrazněna vodorovným stínováním). Každý bod této oblasti odpovídá parametrům p, V a T, které charakterizují kapalinu ve stavu tepelné rovnováhy.
Rýže. 6.9
Nyní spojme hladkou křivkou všechny pravé konce vodorovných úseků izoterm. Tato křivka na obrázku 6.9 také končí v bodě K. Dvě čáry AK a VK omezují plochu, jejíž každý bod odpovídá stavu rovnováhy mezi kapalinou a nasycenou párou (na obrázku 6.9 je tato oblast zvýrazněna vertikálním stínováním). Kromě oblasti tekutý stav a oblast rovnováhy kapaliny s plynem, zbytek oblasti odpovídá plynnému skupenství látky. Na obrázku 6.9 je zvýrazněna šikmým stínováním.
Výsledkem je diagram rovnovážných stavů plynu a kapaliny. Každý bod na tomto diagramu odpovídá určitému stavu systému: plyn, kapalina nebo rovnováha mezi kapalinou a plynem.
Při kritické teplotě jsou vlastnosti kapaliny a nasycené páry nerozeznatelné. Nad kritickou teplotou nemůže kapalina existovat.