임계점(열역학)
Critical point (thermodynamics)열역학에서 임계점(또는 임계 상태)은 위상 평형 곡선의 끝점입니다.가장 두드러진 예는 액체와 그 증기가 공존할 수 있는 조건을 나타내는 압력-온도 곡선의 끝점인 액체-증기 임계점이다.고온에서는 압력만으로는 가스를 액화할 수 없습니다.임계 온도c T와 임계 압력c p로 정의되는 임계점에서는 위상 경계가 사라진다.다른 예로는 혼합물의 액체-액체 임계점과 외부 자기장이 [2]없는 경우의 강자석-파라매그넷 전이 등이 있다.
액체-증기 임계점
개요
단순성과 명확성을 위해 임계점에 대한 일반적인 개념은 특정 예인 기액 임계점에 대해 논의함으로써 가장 잘 소개된다.이것은 발견된 첫 번째 임계점이었고, 여전히 가장 잘 알려져 있고 가장 많이 연구되고 있는 지점이다.
오른쪽 그림은 (아래에서 논의된 추가 상태 변수와 풍부한 위상도를 가진 혼합물이 아닌) 순수 물질의 도식 PT 도표를 보여줍니다.일반적으로 알려진 상은 위상 경계, 즉 압력-온도 조합에 의해 분리되며, 두 상은 공존할 수 있다.트리플 포인트에서는, 3개의 위상이 모두 공존할 수 있습니다.단, 액체-증기 경계는 임계 온도c T와 임계 압력c p에서 끝점으로 끝납니다.이것이 중요한 포인트입니다.
물에서 임계점은 647.096K(373.946°C; 705.103°F)와 22.064메가파스칼(3,200.1psi; 217.75atm)[3]에서 발생한다.
임계점 부근에서는 액체와 증기의 물리적 특성이 극적으로 변화하며 두 상은 더욱 유사해집니다.예를 들어, 정상 조건에서의 액체 물은 거의 압축할 수 없고 열팽창 계수가 낮고 유전율이 높으며 전해질에 뛰어난 용매이다.임계점 근처에서는 이러한 모든 특성이 정반대로 바뀝니다. 즉, 물은 압축성, 팽창성, 유전체 불량, 전해질 불량 용매이며, 비극성 가스 및 유기 [4]분자와 혼합하는 것을 선호합니다.
임계점에서는 한 단계만 존재합니다.기화열은 0입니다.PV 다이어그램의 항온선(임계 등온선)에는 정지 변곡점이 있습니다.즉,[5][6][7] 임계점에서는 다음과 같습니다.
임계점 위에는 액체 및 기체 상태와 연속적으로 연결된 물질 상태가 있습니다(상전이 없이 변환될 수 있음).그것은 초임계 유체라고 불립니다.액체와 증기의 모든 구별이 임계점을 넘어 사라진다는 일반적인 교과서 지식은 피셔와 [8]위돔이 도전했다. 피셔는 서로 다른 점근 통계 특성을 가진 상태를 분리하는 p-T 선을 식별했다(피셔-위돔 선).
임계점은[ambiguous] 대부분의 열역학적 또는 기계적 특성에서 나타나지 않고 "숨겨져" 탄성 모듈리의 불균일성 시작, 비아핀 물방울의 외관 및 국소적 특성에서의 현저한 변화, 결함 쌍 [9]집중도의 갑작스러운 향상으로 나타난다.
역사
임계점의 존재는 1822년[10][11] Charles Cagniard de la Tour에 의해 처음 발견되었고 1860년[12][13] Dmitri Mendelev와 [14]1869년 Thomas Andrews에 의해 명명되었다.Cagniard는 CO가 73atm의 압력에서 31°C에서 액화될 수 있지만 3000atm의 압력에서도 약간 높은 온도에서는 액화되지 않는다는 것을2 보여주었다.
이론.
위의 조건p /V )의 해결 T \ ) {T 판데르발스 방정식의 임계점은 다음과 같이 계산할 수 있다.
그러나 평균장 이론에 기초한 판 데르 발스 방정식은 임계점 근처에서는 유지되지 않는다.특히 잘못된 스케일링 법칙을 예측합니다.
임계점 부근의 유체의 특성을 분석하기 위해 임계 특성과[15] 관련하여 감소 상태 변수를 정의하기도 한다.
해당 상태의 원리는 동일한 감소 압력과 온도에서 물질이 동일한 감소 부피를 갖는다는 것을 나타냅니다.이 관계는 많은 물질에 대해 거의 사실이지만 p 값이r 클수록 부정확해집니다.
일부 기체의 경우, 뉴턴 보정이라고 불리는 추가적인 보정 계수가 이러한 방식으로 계산된 임계 온도와 임계 압력에 추가됩니다.이 값은 경험적으로 도출된 값이며 관심 [16]압력 범위에 따라 달라집니다.
선택된 물질의 액체-증기 임계 온도 및 압력 표
| 물질[17][18] | 임계 온도 | 임계 압력(절대) |
|---|---|---|
| 아르곤 | -122.4°C(150.8K) | 48.1 atm (4,870 kPa) |
| 암모니아(NH3)[19] | 132.4 °C (405.5 K) | 111.3 ATM (11,280 kPa) |
| R-134a | 101.06°C(374.21K) | 40.06 ATM (4,059 kPa) |
| R-410A | 72.8 °C (345.9 K) | 47.08 atm (4,770 kPa) |
| 브롬 | 310.8°C(584.0K) | 102 ATM (10,300 kPa) |
| 세슘 | 1,664.85°C (1,938.00K) | 94 ATM (9,500 kPa) |
| 염소 | 143.8°C(416.9K) | 76.0 atm (7,700 kPa) |
| 에탄(CH26) | 31.17 °C (304.32 K) | 48.077 atm (4,871.4 kPa) |
| 에탄올(CHOH25) | 241 °C (514 K) | 62.18 atm (6,300 kPa) |
| 불소 | -128.85°C(144.30K) | 51.5 ATM (5,220 kPa) |
| 헬륨 | −267.96 °C (5.19 K) | 2.24 ATM (227 kPa) |
| 수소 | -239.95°C(33.20K) | 12.8 atm (1,300 kPa) |
| 크립톤 | - 63.8 °C (209.3 K) | 54.3 ATM (5,500 kPa) |
| 메탄(CH4) | -82.3°C(190.8K) | 45.79 atm (4,640 kPa) |
| 네온 | -228.75°C(44.40K) | 27.2 ATM (2,760 kPa) |
| 질소 | -146.9°C(126.2K) | 33.5 atm (3,390 kPa) |
| 산소(O2) | -118.6°C(154.6K) | 49.8 atm (5,050 kPa) |
| 이산화탄소(CO2) | 31.04 °C (304.19 K) | 72.8 atm (7,380 kPa) |
| 아산화질소(NO2) | 36.4 °C (309.5 K) | 71.5 ATM (7,240 kPa) |
| 황산(HSO24) | 654 °C (927 K) | 45.4 ATM (4,600 kPa) |
| 제논 | 16.6 °C (289.8 K) | 57.6 ATM (5,840 kPa) |
| 리튬 | 2,950 °C (3,220 K) | 652 ATM (66,100 kPa) |
| 수성. | 1,476.9°C(1,750.1K) | 1,720 ATM(174,000kPa) |
| 유황 | 1,040.85°C(1,314.00K) | 207 ATM (21,000 kPa) |
| 철 | 8,227 °C (8,500 K) | |
| 골드 | 6,977 °C (7,250 K) | 5,000 ATM (510,000 kPa) |
| 알루미늄 | 7,577 °C (7,850 K) | |
| 물(HO2)[3][20] | 373.946°C(647.096K) | 217.7 ATM (22,060 kPa) |
혼합물: 액체-액체 임계점
임계용액 온도에서 발생하는 용액의 액체 임계점은 위상도의 2상 영역의 한계에서 발생한다.다시 말해, 오른쪽의 중합체-용제 위상 다이어그램에서 보듯이, 온도 또는 압력과 같은 일부 열역학 변수의 미세한 변화가 혼합물을 두 개의 뚜렷한 액체상으로 분리하는 지점입니다.두 가지 유형의 액체 임계점은 냉각이 상 분리를 유도하는 가장 뜨거운 지점인 UCST(Unpper Critical Solution Temperature)와 가열이 상 분리를 유도하는 가장 차가운 지점인 LCST(Lower Critical Solution Temperature)입니다.
수학적 정의
이론적인 관점에서 액체 임계점은 스피노달 곡선의 온도 농도 극단을 나타낸다(오른쪽 그림 참조).따라서, 2성분 시스템의 액체-액체 임계점은 두 가지 조건을 만족해야 한다: 스피노달 곡선의 조건(농도에 대한 자유 에너지의 두 번째 도함수)과 극한 조건(농도에 대한 자유 에너지의 세 번째 도함수)은 0 또는 der와 같아야 한다.스피노달 온도의 농도 대비 스피노달 온도 Ivivative.
「 」를 참조해 주세요.
- 등각장론
- 임계 지수
- 임계 현상(고급 기사)
- 요소의 임계점(데이터 페이지)
- 퀴리점
- Joback법, Klincewicz법, Lydersen법(분자구조에서 임계온도, 압력, 부피 추정)
- 액체 임계점
- 중요 솔루션의 온도를 낮추다
- 네엘점
- 침투 임계값
- 상전이
- 러시브룩 부등식
- 척도 불변성
- 자기 조직화된 중요도
- 초임계 유체, 초임계 건조, 초임계 물 산화, 초임계 유체 추출
- 삼각점
- 트리플 포인트
- 임계 솔루션 온도 상한
- Widom 스케일링
각주
- ^ Horstmann, Sven (2000). Theoretische und experimentelle Untersuchungen zum Hochdruckphasengleichgewichtsverhalten fluider Stoffgemische für die Erweiterung der PSRK-Gruppenbeitragszustandsgleichung [Theoretical and experimental investigations of the high-pressure phase equilibrium behavior of fluid mixtures for the expansion of the PSRK group contribution equation of state] (Ph.D.) (in German). Oldenburg, Germany: Carl-von-Ossietzky Universität Oldenburg. ISBN 3-8265-7829-5. OCLC 76176158.
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- 1870년에, 멘델레 예프, 토머스 앤드루스, 가장 중요한 시점의 정의에 관한 그의 우선 순위에 대해:주장했다.Mendelejeff, D(1870년)."Bemerkungen zu den Untersuchungen 폰 앤드루스 über 다이 Compressibilität 데르 Kohlensäure"[그 압축성으로 이산화 탄소의 앤드류스의 조사를 평].Annalender Physik.2시리즈(독일어로).141(12):618–626.Bibcode:1870AnP...217..618M. doi:10.1002/andp.18702171218.
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레퍼런스
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외부 링크
- "Critical points for some common solvents". ProSciTech. Archived from the original on 2008-01-31.
- "Critical Temperature and Pressure". Department of Chemistry. Purdue University. Retrieved 2006-12-03.
