临界温度和临界压力

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1、临界温度和临界压力因为任何气体在一点温度和压力下都可以液化，温度越高，液化所需要的压力也越高，但是当温度超过某一数值时，即使在增加多大的压力也不能液化，这个温度叫临界温度，在这一温度下最低的压力就叫做临界压力，例如：水的临界温度为374.15℃，临界压力为225.65kgf/cm2;,氨的临界温度为132.4℃，临界压力为115.2kgf/cm2;。通常我们所见到的物质常以三种形态存在，即固体、液体和气体。形态是物质的一种属性，不同物质的形态有所不同，如铁是固体，水是液体，空气是气体等。一种物质所具有的形态与其所存在的客观条件有关，并非永恒不变。例如，在一般情况下二氧化碳是气体，

2、但在一定的低温和一定压力下也可以是液体或固体（俗称干冰）。其它物质的形态也同样随着外界条件的变化而改变。气体变成液体的过程叫做气体的液化。对气体能否变成液体的问题是有个认识过程的。早在19世纪以前，曾认为气体本质上就是气体，不能使之改变。只是在19世纪20年代，人们才成功地用加大压力的办法做氨气、氯气、二氧化碳及其它一些气体变成液体。但是还有许多其它气体（如组成空气的主要成分——氮气和氧气），虽然作了很大努力，也不能使之液化。因此，人们曾错误地认为当时还不能液化的这些气体是“永久气体”，这种形而上学的观点，阻碍了人们进一步研究如何使空气液化的工作。随着科学的不断发展，人们逐渐认识

3、到：组成物质的分子间都存在相互吸引和相互排斥的两种作用力，当分子间相互排斥力＞分子间相互吸引力时，物质的气体；当分子间的相互吸引力＞分子间的相互排斥力或至少等于排斥力的时候，气体才有可能转变为液体。分子间的相互吸引作用，实际上可以认为不依赖于温度；相反，由分子的相互撞击而引起互相排斥作用则强烈地依赖于温度，所以只有当气体的温度降低到一定程度时，才有可能使分子间的吸引作用≥分子间的排斥作用。即才有可能使气体变为液体。这种使分子间的吸引作用等于分子间的排斥作用时，所许可存在的最高温度叫做该气体的临界温度。当高于临界温度时无论外加多大的压力，都不能使气体液化。在临界温度下使气体液化所需

4、的最低压力，叫做临界压力。不同的气体，它们的临界温度和临界压力也不相同，临界温度较高的气体，如氨、氯气、二氧化碳，二氧化硫和乙炔等气体，在常温下（低于它们的临界温度）加压就能液化，临界温度较低的气体，如氧气、一氧化碳等，需经压缩并冷却到一定温度以下才能液化；临界温度很低的气体如氢和氦等，需经压缩并冷却到接近绝对零度(-273.16℃)的低温才能液化。氦的临界温度最低，它是最后一个转变成液体的气体。随着生产的发展，液化气体有着广泛的应用。将气体变成液体后体积大为减小，便于贮存运输和使用。例如我们常见的液氨、液氯和液化石油气（主要成分是丙烷、丁烷、丙烯、丁烯）等。气体的液化也常用于混

5、合气体的分离，如空气液化后，可用来分离出氮气、氧气及其它稀有气体等，此外，气体的液化对现代科学技术的发展也具有重要的意义，例如液氧可用于制造液氧炸药和高能燃料的助燃剂。液氢可用作高能燃料；液氦可用来获得绝对零度(-273.16℃)的低温等。1869年Andrews首先发现临界现象.任何一种物质都存在三种相态----气相、液相、固相。三相呈平衡态共存的点叫三相点。液、气两相呈平衡状态的点叫临界点。在临界点时的温度和压力称为临界温度和临界压力。不同的物质其临界点所要求的压力和温度各不相同。超临界流体(SCF)是指在临界温度和临界压力以上的流体。高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态

6、称为超临界状态。处于超临界状态时，气液两相性质非常接近，以至于无法分辨，故称之为SCF.自从1869年Andrews首先发现临界现象以来，各种研究工作陆续开展起来，其中包括1879年Hannay和Hogarth测量了固体在超临界流体中的溶解度，1937年Michels等人准确地测量了CO2近临界点的状态等等。在纯物质相图上，一般流体的气－液平衡线有一个终点——临界点，此处对应的温度和压力即是临界温度（Tc）和临界压力（Pc）。当流体的温度和压力处于Tc和Pc之上时，那么流体就处于超临界状态（supercritical状态，简称SC状态）。超临界流体的许多物理化学性质介于气体和液体

7、之间，并具有两者的优点，如具有与液体相近的溶解能力和传热系数，具有与气体相近的黏度系数和扩散系数。同时它也具有区别于气态和液态的明显特点：（1）可以得到处于气态和液态之间的任一密度；（2）在临界点附近，压力的微小变化可导致密度的巨大变化。由于黏度、介电常数、扩散系数和溶解能力都与密度有关，因此可以方便地通过调节压力来控制超临界流体的物理化学性质。与常用的有机溶剂相比，超临界流体特别是SCCO2、SCH2O还是一种环境友好的溶剂。正是这些优点，使得超临界流体具有广泛的应用潜力，超临