Supercywidualne Ciepła: Co Występuje Poza Punktem Cywidualnym

Punkt, gdzie linię fazową cywidualnej justuje się

Linią współistnienia cieczą i pary substancji czystej na diagramie ciśnienie-temperatura nie przechodzi nigdy poza pewien zakres. Zakończa się ona nagle w punkcie cywidualnym (Tc, Pc) — dla wody to 374 °C i około 22.1 MPa; dla dwutlenku węgla, znacznie bardziej wygodnych warunków, to 31.1 °C i 7.4 MPa. Poniżej punktu cywidualnego ciecz i para są prawdziwymi odmiennymi fazami oddzielonymi ostrożnym interfejsem i termicznej energią przekształcenia wapnia. Przekroczenie temperatury i ciśnienia przez Tc i Pc prowadzi do zniknięcia tego rozróżnienia — nie ma już wrzenia, brzegu falowego ani termicznej energii przekształcenia do przepraszania; istnieje jedynie jedna ciągła fazowa ciepła nazywana supracywidualnym.

Krytyczna ośmiornicowość

Najbardziej widoczne dowody krytycznego punktu nie wynikają z samej równania stanu — to jest fenomen rozpraszania. Gdy ciecz zbliża się do krytycznego punktu, kompresywność rośnie w nieskończoność, co oznacza, że małe lokalne fluktuacje gęstości stają się ogromne i, najważniejsze, występują na skalach długości porównywalnych z długim promieniem widzialnego światła. Ciecz, która w normie jest przezroczysta, zmienia się w biało-milczejącą, rozpraszając światło w każdym kierunku — ośmiornicowość krytyczna opisana po raz pierwszy przez Thomasa Andrews'a w 1869 roku dla dwutlenku węgla i wyjaśniona termodynamicznie zjawiskiem rozpraszania, które występuje dokładnie na Tc, Pc. Przesunięcie się nawet o małą odległość w obu kierunkach powoduje szybkie zniknięcie ośmiornicowości, jak tylko ona pojawiła się.

Dichte, jak regulowane ręcznie

Właściwość, która sprawia, że supercywilne ciepła są użyteczne w przemyśle, polega na tym, że dichte staje się parametrem ciągle regulowalnym zamiast stałą wartość cieczą lub gazu. Blisko punktu cywidualnego, dichte jest ekstremalnie czułe na małe zmiany ciśnienia — przesuniecie ciśnienia może spowodować drastyczne zmiany między wartością bliską gazowi a wartością bliską cieczą bez przerobienia granic fazowych. Supercywialne ciepła łączą właściwości rozprzestrzenia się podobne do gazu (w tym niemal zerowe napięcie powierzchniowe, co pozwala im wtrącać się w porowate sól) z dichte bliskiej cieczy i mocą roztwarzania (co umożliwia im rozpuszczać substancje podobnie jak ciecz).

Supercywialny dwutlenek węgla jest przykładem pracowniczym dokładnie dlatego, że jego punkt cywidualny jest tak łagodny. Jest używany do usuwania kafetyny z ziaren kawy bez zostawiania śladu solvencji, do ekstrakcji essential oils i hopów do produkcji alkoholowej oraz w ogólnym procesie ekstrakcji cieczą supercywilną, ponieważ podwyższanie ciśnienia tylko o odpowiedni sposób reguluje moc roztwarzania z góry lub z dołu, a proste wyduszanie ciśnienia na końcu pozostawia całkowicie bez solvencji cieczowej produkt do wyparowania.

Gdzie równanie stanu się rozprasza

Zasada idealnego gazu poraża całkowicie blisko punktu cywidualnego, ponieważ założone jest, że molekuły nie interagują i zajmują żadny objętość — dokładnie te założenia, które są najgorszymi naruszeniami w sytuacji gazu gęstego i bardzo kompresywnego. Modelowanie rzeczywiste wykorzystuje równania stanu sześciokątne takie jak van der Waals, Redlich-Kwong lub Peng-Robinson, które dodają poprawkę do nacisku dla atrakcji międzycząsteczkowej oraz poprawkę do objętości dla rozmiaru cząsteczek:

// równanie stanu sześciokątne van der Waals (P + a * n^2 / V^2) * (V - n*b) = n * R * T // a: termin atrakcyjny (większa wartość a -> niższy Pc) // b: wykluczana objętość na mol (większa wartość b -> niższym gęstościowym zapotrzebowaniu) // w punkcie cywidualnym łaP/łV = 0 I łł^2P/łV^2 = 0 jednocześnie — // to dwukrotne warunek jest tym, co definiuje Tc, Pc i Vc dla modelu Van der Waals jest kwalifikacyjnie prawidłowe — przewiduje on punkt cywidualny i opalność podobną do rozbieżnego kompresywności — ale jest kwantowo słabe blisko Tc, ponieważ pomija długookresowe fluktuacje skorelowane, które są częścią rzeczywistych zjawisk cywidualnych. Rzeczywiste prace inżynieryjne wykorzystują Peng-Robinson lub Redlich-Kwong-Soave, dostosowane do pomiarów, lub pełen symulacji cząsteczkowej, gdy dokładność blisko punktu cywidualnego jest really important.

// van der Waals equation of state
(P + a * n^2 / V^2) * (V - n*b) = n * R * T
// a: attraction term (bigger a -> lower Pc)
// b: excluded volume per mole (bigger b -> lower packing density)
// at the critical point dP/dV = 0 AND d^2P/dV^2 = 0 simultaneously —
// that double condition is what defines Tc, Pc, Vc for the model

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Supercritical Fluids: Beyond the Critical Point i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.