Критична точка

Фазова діаграма для води. В критичній точці обривається синя лінія

Ізотерми реального газу (схематично)
Лінії:
Сині — ізотерми за температури нижчої від критичної. Зелені ділянки на них — метастабільні стани.
Червона — критична ізотерма.
Блакитні — надкритичні ізотерми.
Точки:
Точка F — точка кипіння.
Точка K — критична точка.
Точка G — точка роси.
Ділянки:
Ділянка, що лежить лівіше від точки F — нормальна рідина.
Пряма FG — рівновага рідкої і газоподібної фази.
Ділянка FA — перегріта рідина.
Ділянка F′A — розтягнена рідина (p<0)
Ділянка AC — аналітичне продовження ізотерми, фізично неможливий стан.
Ділянка CG — пересичена (переохолоджена) пара.
Ділянка, що лежить правіше від точки G — нормальний газ (перегріта пара).
Примітка: Площі фігур FAB і GCB однакові.

Крити́чна то́чка — точка на фазовій діаграмі в координатах (p, T), в якій лінія співіснування різних термодинамічних фаз речовини обривається. При збільшенні тиску чи температури понад критичну точку флюїд переходить в надкритичний стан.

Фізичний зміст

Температура й тиск в критичній точці називаються критичною температурою і критичним тиском. За критичної температури (T = T_K) різниця молярних об'ємів сухої насиченої пари і рідини стає рівною нулю. Горизонтальна ділянка ізотерми перетворюється на точку перегину K (критична точка). У критичній точці

${\displaystyle \left({\frac {\partial p}{\partial V}}\right)_{T_{K}}=0,\left({\frac {\partial ^{2}p}{\partial V^{2}}}\right)_{T_{K}}=0}$

При температурах, вищих за критичну, розділення речовини на фази не існує. Так, наприклад, при температурі, вищій за критичну, зникає різниця між газом і рідиною.

Критичні точки бувають лише на лініях співіснування фаз з однаковою симетрією, наприклад, ізотропних фаз, таких як рідина і газ.

Оскільки в критичній точці обривається лінія співіснування фаз, то її можна обійти. Наприклад, можна перейти від газу до рідини, уникаючи розшарування на рідину й пару. Для цього потрібно нагріти газ вище критичної температури й потім стиснути так, щоб тиск був вищим за критичний. В цьому випадку речовина вже перебуває в стані надкритичної рідини, яка повністю заповнює посудину й за своїми властивостями не відрізняється від надкритичного газу. При охолодженні до температури, нижчої за критичну, надкритична рідина переходить у звичайну рідину, яка повністю заповнює посудину.

Критична точка характеризується тим, що в її околі дуже зростають величина флуктуацій густини та стисливість, через що у речовині в результаті оптичної неоднорідності спостерігається критична опалесценція(інші мови) — сильне розсіювання світла.

При наближенні до критичної точки теплота випаровування та поверхневий натяг рідини наближаються до нульових значень, тому про близькість критичних параметрів рідини до звичайних умов (при відсутності бажаної довідкової інформації) можна орієнтовно судити за величиною поверхневого натягу (ці дані більш поширені).

Історична довідка

Вперше явище критичного стану речовини виявлено у 1822 році Шарлем Каньяром де Ла-Туром(інші мови). Систематичні дослідження розпочались з праць Томаса Ендрюса (1869). На практиці явище критичної точки можна спостерігати при нагріванні рідини, що частково заповнює запаяну трубку. В міру зростання температури меніск поступово втрачає свою кривину, набуваючи пласкої форми, а при досягненні критичної температури зникає.

Параметри критичних точок деяких речовин^[1]^[2]

Речовина	${\displaystyle \!T_{K}}$	${\displaystyle \!p_{K}}$	${\displaystyle \!V_{K}}$
Одиниці	Кельвіни	атм	см³/моль
Водень	33,2	12,8	61,8
Кисень	154,6	49,8	74,4
Ртуть	1750	1720	44
Етанол	514	62,18	167
Діоксид вуглецю	304,2	72,8	94,0
Вода	647	217,7	56
Азот	126,2	33,5
Аргон	150,8	48,1
Бром	584	102
Гелій	5,19	2,24
Йод	819	116
Криптон	209,3	54,3
Ксенон	289,8	57,6
Арсен	1673
Неон	44,4	27,2
Радон	378
Селен	1766
Сірка	1314	207
Фосфор	994
Фтор	144,3	51,5
Хлор	416,9	76

Критичні точки існують не лише для чистих речовин, але й, у деяких випадках, для їх сумішей та визначають параметри втрати стійкості суміші (з розділенням фаз) — розчину (одна фаза). Прикладом такої суміші може бути суміш фенол-вода (Критична точка розчинення).

Див. також

• Температура Кюрі
• Критична опалесценція(інші мови)
• Критичний стан речовини

Примітки

1. John Emsley The Elements ((Second Edition) ed.). Oxford University Press, 1991. — ISBN 0-19-855818-X
2. Yunus A. Cengel, Michael A. Boles (2002). Thermodynamics: An Engineering Approach ((Fourth Edition) ed.). McGraw-Hill, 2002. — P. 824. — ISBN 0-07-238332-1

Джерела

• Яворський Б. М., Детлаф А. А., Лебедев А. К. Довідник з фізики для інженерів та студентів вищих навчальних закладів / Переклад з 8-го переробл. і випр. вид. — Т. : Навчальна книга — Богдан, 2007. — 1040 с. — ISBN 966-692-818-3.
• Константінов Ю. М., Гіжа О.О. Технічна механіка рідини і газу [Підручник]. — К. : Вища школа, 2002. — 277 с. — ISBN 966-642-093-7.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики / Д. В. Сивухин. — М. : Наука, 1990. — Т. ІІ. Термодинамика и молекулярная физика. — 592 с. — ISBN 5-02-014187-9.