Punkt krytyczny (fizyka)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Punkt krytyczny (p.k.) na wykresie równowagi faz dla czystej substancji

Punkt krytyczny to warunki krytyczne definiujące stan układu fizycznego oddzielające stany o odmiennych właściwościach (ciecz - para nasycona), w którym nie można rozróżnić obu stanów (cieczy i pary nasyconej). Na przykład:

  • dla czystych substancji - gazów punkt krytyczny oznacza temperaturę krytyczną (i odpowiadające mu ciśnienie krytyczne, czyli maksymalne ciśnienie nad daną cieczą), powyżej której nie można skroplić gazu niezależnie od wielkości ciśnienia. Jest to punkt krytyczny trójwymiarowy (układ o 3 stopniach swobody translacji - 3D). Parametry krytyczne oznacza się często dolnymi indeksami "kr", "k, "cr" lub "c", czasami z dodatkiem "2D" ("2") lub "3D" ("3") w zależności od tego jakiego układu dotyczą, np. T3c. Dla gazów parametry krytyczne można określić na podstawie współczynników odpowiedniego równania stanu, np. równanie van der Waalsa,
    • w przypadku gazów zaadsorbowanych na powierzchni (układ 2-wymiarowy) warunki krytyczne będą się różniły. Podobnie dla pewnych innych zjawisk związanych z dwoma wymiarami (2D). Wiele tzw. przejść fazowych również zachodzi jedynie w warunkach powyżej lub poniżej pewnych wartości krytycznych, np. gęstości, temperatury, ciśnienia.
  • punkt krytyczny dla ciekłych układów wieloskładnikowych oznacza stan w którym zanika różnica pomiędzy współistniejącymi fazami ciekłymi - dla wielu mieszanin ciekłych istnieją obszary (określone przede wszystkim przez krytyczne temperatury), w których istnieje całkowita mieszalność oraz obszary, gdzie istnieje ograniczenie rozpuszczalności, a więc w pewnym przedziale stężeń współistnieją (zwykle dwie) odrębne fazy - np. faza A nasycona składnikiem B oraz faza B nasycona składnikiem A.

Stałe krytyczne[edytuj | edytuj kod]

Gaz van der Waalsa[edytuj | edytuj kod]

Dla gazu, którego stan może być opisany za pomocą równania van der Waalsa, parametry krytyczne zwane też stałymi krytycznymi, wyraża się poprzez parametry tego równania:

T_{k} = \frac{8 a}{27 b R} – temperatura krytyczna
p_{k} = \frac{a}{27 b^{2}} – ciśnienie krytyczne
V_{k} = 3 b\, – molowa objętość krytyczna

gdzie:

  • R – (uniwersalna) stała gazowa
  • T – temperatura
  • a, b parametry równania van der Waalsa:
\left(p + \frac{a}{V^{2}}\right)(V-b) = RT
gdzie:
  • p – ciśnienie
  • V – objętość molowa[a]

Ciecze o ograniczonej mieszalności[edytuj | edytuj kod]

Warunki krytyczne dla cieczy o ograniczonej mieszalności określają temperatury:

  • górna temperatura krytyczna – jeżeli istnieje temperatura, powyżej której ciecze stają się całkowicie mieszalne, poniżej tej temperatury wzajemna rozpuszczalność jest ograniczona - w pewnym zakresie składów wyjściowych (stężeń) uzyskujemy dwie fazy ciekłe będące nasyconymi wzajemnie roztworami.
  • dolna temperatura krytyczna – jeżeli istnieje temperatura, poniżej której ciecze stają się całkowicie mieszalne

Zredukowane stałe krytyczne[edytuj | edytuj kod]

Bardzo często wielkości fizyczne charakteryzujące określony stan materii wyraża się względem parametrów krytycznych, podając tzw. parametry zredukowane (często oznaczane gwiazdką *)[b], np.:

  • Temperatura zredukowana:
T^{*} = \frac{T}{T_{k}}
  • Gęstość zredukowana:
\rho^{*} = \frac{\rho}{\rho_{k}}
  • Ciśnienie zredukowane:
p^{*} = \frac{p}{p_{k}}
  • Objętość (molowa) zredukowana:
V^{*} = \frac{V}{V_{k}}

Wykorzystywanie wielkości parametrów zredukowanych pozwala łatwo określić "odległość" danego układu od warunków krytycznych i stwierdzić jakiego rodzaju model fizyczny zjawisk należy stosować.

Temperatury krytyczne niektórych związków chemicznych:

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Uwagi

  1. W wielu źródłach z dziedziny chemii fizycznej symbole funkcji i parametrów stanu, odnoszące się do jednego mola są zapisywane wielkimi literami. Symbolem objętości układu zawierającego n moli jest v (v = nV).
  2. Zredukowane parametry p-T-V bywają również oznaczane innymi symbolami, np. π-φ-ϑ, п-ω-τ, pr-Tr-Vr.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]