Что такое сверхкритическая жидкость и в чём её секрет?

Три агрегатных состояния материи, которые мы изучали в школе по физике, мягко говоря, не отражают реального многообразия возможных состояний материи в природе. Мы уже обсуждали такие вещи, как плазма или аморфное состояние. Они говорили о невероятном конденсате Бозе-Эйнштейна. Но на этом список не заканчивается!

Существует еще одно (или, по крайней мере, одно) очень интересное состояние материи, называемое сверхкритической жидкостью. Такого состояния невозможно достичь простым кипячением воды в чайнике или другими простыми подручными методами.

Сверхкритическая жидкость может существовать только при высоких давлениях и высоких температурах.

Термин «критический» выбран не случайно. Здесь придется вспомнить диаграммы фазового равновесия. Как обычно, указаны все возможные фазы и всегда есть точка, называемая критической. Выше этой точки будет наблюдаться сверхкритическая жидкость. В самой точке разница между жидкой фазой и газовой фазой исчезает.

Представьте себе обычную жидкость (пусть это будет вода), которая помещена в герметичный сосуд. Над поверхностью этой жидкости будет воздух и некоторое количество водяного пара.

Если полностью откачать воздух над поверхностью воды, в сосуде останется только жидкость и вакуум над ней. Понятно, что часть имеющейся воды начнет вытекать, а над поверхностью тоже будет водяной пар. Рассматриваемая система будет состоять из пара из воды (без примесей воздуха) и жидкой воды.

По мере нагревания системы количество воды в парообразном состоянии будет увеличиваться, а вода в жидком состоянии будет расширяться. Давление в емкости начнет повышаться.

Обратите внимание: Чешские археологи обнаружили в Египте гробницу древнего «хранителя секретов Утреннего дома».

В какой-то момент между водой и паром над ней установится равновесие. Плотность воды будет равна плотности пара над ней, а структура будет одинаковой и однородной.

Это будет сверхкритическая жидкость.

Сверхкритическое — это жидкость, в которой «стерта» разница между жидким агрегатным состоянием и газообразным агрегатным состоянием. Он имеет среднюю для всей системы плотность, а частицы расположены таким образом, что данная конструкция имеет общие черты как с газом, так и с жидкостью. Это состояние также называют «сверхкритической жидкостью».

Сверхкритическая жидкость — это уже не жидкость, но еще не газ.

На практике и без сосуда из примера такое условие может быть достигнуто только при давлении и температуре, соответствующих конкретному веществу. Как правило, это очень высокие температуры и давления. При этом давление должно быть ниже, чем необходимо для перехода вещества в твердое агрегатное состояние.

Это условие имеет множество практических применений. Такое состояние вещества можно встретить в природе, например, на других планетах, где совокупность условий позволила атмосфере перейти в такое состояние.

На практике эта специфическая конструкция позволяет достичь очень специфических свойств. В результате жидкость используется в сверхкритическом состоянии, например в химчистке, так как она обладает отличной активностью и легко уничтожает пятна. В лабораторных экспериментах это условие также представляет интерес. Например, именно так можно «испарить» наночастицы и получить наноматериалы. При переходе к граничному состоянию существующие твердые включения начинают перемещаться в нанообласть и затем могут быть извлечены.

Также приглашаю всех подписаться на Telegram-канал моего проекта, где я регулярно публикую научные материалы и заметки по физике, материаловедению и техническим наукам. Ну и подписывайтесь на Пикабу ;)

Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.

Источник статьи: Что такое сверхкритическая жидкость и в чём её секрет?.