基本介紹
- 中文名：臨界狀態
- 外文名：critical state；critical condition
- 來自：物理學用語
- 特點：可能存在超流動特性
- 領域：能源、核能
- 學科：物理學、核物理
特點,飽和蒸汽壓與臨界狀態,實例,超臨界水,
特點
1）任何純物質都有其唯一確定的臨界狀態
2）在大於臨界壓力條件下，等壓加熱過程不存在汽化段，液體由未飽和態直接變化為過熱態
3）在大於臨界溫度條件下，無論壓力多高都不可能使氣體液化
4）在臨界狀態下，可能存在超流動特性
5）在臨界狀態附近，水及水蒸汽有大比定壓熱容特性
飽和蒸汽壓與臨界狀態
實際氣體分子間存在吸引力 ，任何氣體在一定溫度壓力下都會液化，但理想氣體不可能液化。
氣體的液化一般需要降溫和加壓 ：降溫可減小分子熱運動產生的離散傾向 ；加壓可以縮小分子間距從而增大分子間引力。
氣體的液化有個溫度界限：
臨界溫度Tc: 氣體加壓液化所允許的最高溫度.
臨界壓力pc: 氣體在臨界溫度下液化所需要的最小壓力.
臨界體積Vc: 物質在臨界溫度, 臨界壓力下的摩爾體積.
Tc, pc, Vc總稱為氣體的臨界參數, 是物質的一種特性參數.
下表為幾種氣體臨界狀態的臨界參數
Tc / ℃ | pc / MPa | Vc / dm3·mol-1 | |
He | - 268 | 0.227 | 0.0573 |
N2 | - 147 | 3.39 | 0.0895 |
H2O | 374 | 22.05 | 0.0563 |
CO2 | 31 | 7.375 | 0.0940 |
實際氣體的液化過程與臨界狀態, 可從實驗繪製的等溫 p - Vm圖上表現出來
（1）T > Tc的等溫線
臨界狀態曲線
臨界狀態曲線T > Tc時氣體不能液化, 等溫線表示氣體狀態的 pVT 變化。
等溫線較光滑, 沒有斜率的突變點。
與同溫下的理想氣體的pVm = RT 雙曲線對照, 可反映實際氣體偏離理想行為的程度。
（2）T < Tc的等溫線
等溫線上均有一水平段, 此時壓力不變, 而系統體積變化. 水平段的壓力隨溫度升高而增大, 同時水平段長度縮短. 溫度為臨界溫度時, 水平線縮至一點C. C點坐標為Tc, pc, Vc, 稱作臨界點.
圖中：
水平線 對應的是氣液兩相平衡狀態;
低壓紅線 對應氣態;
高壓藍線 對應液態.
（3）T = Tc的等溫線及臨界點
臨界點C處的坐標是Tc, pc, Vc.
Vc (l)= Vc (g), 氣液之間沒有區別.
C點是一個水平拐點, 其數學特徵是此點的一階和二階導數都為零.。
飽和曲線：連結各溫度下的飽和蒸氣和液體的狀態點成兩條曲線.
在飽和曲線之內的狀態點均對應於氣液兩相平衡狀態.
實例
水的臨界溫度T=647.30K、臨界壓力Pc=22.1287兆帕、臨界比容vc=0.00317立方米/千克。在氣、液兩相平衡共存的範圍內，包括臨界點，其定壓比熱容、容積熱膨脹係數、等溫壓縮係數和絕熱指數均趨於無限大。
根據核裂變的原理，在核裂變中，科學家會用中子作“炮彈”去轟擊U235等材料的原子核，當“炮彈”打入後，原子核就會分裂，成為兩個新的原子核。因為這種裂變過程中有質量損失，根據愛因斯坦的質能方程，就會釋放出能量。同時，原子核裂變過程中會釋放出新的中子，如果控制得當，這些中子就可以繼續去攻擊原子核，保證核裂變反應不會停頓。
為了避免危險，核反應堆都採取了多種措施吸收多餘的中子，在冷卻水中增加硼就是其中之一。
超臨界水
德國科學家最近在對大西洋底一處高溫熱液噴口進行考察時發現，這個噴口附近的水溫最高竟然達到464°C ，這不僅是迄今為止人們在自然界發現溫度最高的液體，也是第一次觀察到自然狀態下處於超臨界狀態的水。這是人類第一次在自然狀態下觀察到超臨界狀態水的存在，以前人們只能在實驗室通過技術來達到水的超臨界狀態。
所謂超臨界水，是指當氣壓和溫度達到一定值時，因高溫而膨脹的水的密度和因高壓而被壓縮的水蒸氣的密度正好相同時的水。此時，水的液體和氣體便沒有區別，完全交融在一起，成為一種新的呈現高壓高溫狀態的液體。安德里亞指出，超臨界水具有兩個顯著的特性。一是具有極強的氧化能力，將需要處理的物質放入超臨界水中，充入氧和過氧化氫，這種物質就會被氧化和水解。有的還能夠發生自燃，在水中冒出火焰。另一個特性是可以與油等物質混合，具有較廣泛的融合能力。這些特點使超臨界水能夠產生奇異功能。
對於超臨界狀態水的研究非常有意義。目前世界上有許多國家都在進行超臨界水的研究和開發利用，其中以德國和日本最為突出。德國開發出一種技術，可以利用超臨界水對污染物進行處理。
