水的临界温度是374.℃
在通常情况下,液体与气体全然不一样。
液体具有固定的体积;你可以在一个容器中注入一半的液体。
但是,气体却没有固定的体积,它总是会充满整个容器。
,液体能够溶解固体和其他液体,但气体却不能。
液体的密度远比气体大,液态水的密度约是气态水(水蒸气)的1250倍。
换句话说,1夸脱(译者注:夸脱,英美制液量单位。
1夸脱约合1.136升(英)或0.946升(美))水的重量约是1夸脱水蒸气的1250倍。
通过加热,你可以把液体变为气体。
当你把水不断加热,最终会使它达到沸点,并且化为蒸气蒸发掉。
在海平面的正常条件下,水的沸点是100℃。
不过,如果你想不让水在100℃沸腾的话,你必须对它加压,目的是压住水分子——姑且这么说吧!当温度继续上升时,为了使水不沸腾,你必须施加越来越大的压力。
最后,当温度足够高时,再高的压力也不能阻止它沸腾了。
无论压力多大,只要达到某个温度以上,液体就会沸腾,这个温度被称作“临界温度”。
水的临界温度是374.2℃。
当在临界温度时,恰好还能使水保持液态的那个压力,被称作水的“临界压力”。
它大约是标准大气压的218.3倍。
当温度与压力高于上述数值时,就能得到“超临界水”。
与水蒸气相似,它没有固定体积并能充满任何容器。
然而,它的密度远比水蒸气高,事实上是液态水密度的三分之一。
而它最令人惊奇的性质是,它能像液态水一样溶解物质。
每一种液体都有它自己的临界温度和压力,其中有比水高的,也有比水低的。
这一现象是在1869年首先由爱尔兰化学家托马斯·安德鲁斯(Thomas Andrews)发现的。
例如,二氧化碳的临界温度是31℃,临界压力是72.85标准大气压。
氢的临界温度是-204℃,临界压力是12.8标准大气压。
当然,在地球表面的普通情况下,自然界中不可能存在超临界液体。
但是,超临界液体会在行星中心存在,那里的温度与压力已经足够高。
例如,巨行星木星的内层是由大量超临界氢所组成的,其温度高达几万摄氏度。
在实验室中,科学家已经能够产生足够高的温度和压力,以至形成超临界液体,美国缅因大学的化学工程师埃尔多安·希兰(Erdogan Kiran)设计了一个钢罐,其中的压力可高达1000标准大气压,同时温度也可以足够高,从而生成
超临界液体。
通过由一种透明的、坚硬的合成物所制造的一个半英寸厚的窗口,你甚至可以观察到物质在超临界液体中溶解的现象。
有些物质比另一些物质更加容易在超临界液体中溶解,这跟普通液体是类似的。
因而,可以利用超临界液体把一种复杂混合物中的某部分物质提炼出来,而把其余的物质留下。
不过,如果超临界液体太热,它所溶解的物质的分子就会遭到破坏,甚至留下的物质的分子也会被破坏。
超临界水肯定太热,不能用它提取物质而又不破坏那些物质,特别是那些“有机物”,它们的分子巨大并且很不牢固。
这样说来,为什么不用超临界二氧化碳呢?它的临界温度低得多,而且达到超临界
状态所需的压力也比较小。
在德国,超临界二氧化碳已被用来从咖啡豆中提取咖啡因。
这时,超临界二氧化碳刚巧只能把咖啡因提取出来,其余物质原封不动。
普通的液体溶剂会把其他物质成分连同咖啡因一起提炼出来。
此外,还可能会留下微量的普通溶剂,长期使用也许是有害的。
然而,当把超临界二氧化碳(里面溶有咖啡因)去掉后,不再留下任何东西。
最后,当把压力解除后,任何留下的超临界液体都会转化为气体消失掉。
这样制成的脱去咖啡因的咖啡就会保持原味。
可以预计,超临界液体可被用来完成其他提炼过程,而且高效无害。
或许可以把土豆片中的油提炼出来,留下低热量的土豆,并且不损害它的味道。
鱼的腥味可能是由鱼油引起的,也可以把这种油去掉,而不改变它的营养成分。
超临界液体还可望用于药品提纯,以及应用于对蛋白质、核酸和其他复杂分子的研究工作。
水的临界参数和三相点参数
当水的温度超过一定数值tc时,液相不可能存在,而只能是气相。
tc称为临界温度,与之对应的饱和压力pc称为临界压力。
临界温度是最高饱和温度,临界压力是最高饱和压力。
水的临界参数值为:临界温度tc=373.99℃(tc=647.14K);临界压力pc=22.064MPa;临界比体积vc=0.003106m3/kg。
当压力低于一定数值ptri时,液相也不可能存在,只能是气相或固相。
ptri称为三相点压力。
与三相点压力相对应的饱和温度ttri称为三相点温度。
水的三相点温度和三相点压力为:ttri=0.01℃(Ttri=273.16K);ptri=611.659Pa。