Школьные представления о трёх агрегатных состояниях вещества — твёрдом, жидком и газообразном — лишь малая часть реального многообразия форм материи. Помимо плазмы, аморфных тел или экзотического конденсата Бозе-Эйнштейна, существует ещё одно удивительное состояние — сверхкритическая жидкость. Оно недостижимо в бытовых условиях, например, при кипячении чайника, и требует особых, экстремальных параметров.
Условия существования и критическая точка
Сверхкритическая жидкость возникает только при сочетании высокого давления и высокой температуры. Ключ к пониманию лежит в фазовых диаграммах, где для каждого вещества существует особая критическая точка. При значениях температуры и давления выше этой точки вещество переходит в сверхкритическое состояние, где граница между жидкостью и газом полностью исчезает.
От жидкости к сверхкритическому состоянию: наглядный эксперимент
Представьте герметичный сосуд с чистой водой, из которого удалён весь воздух. Над жидкостью будет только её собственный пар. При нагревании системы давление внутри сосуда начнёт расти за счёт испарения. Одновременно жидкая вода будет расширяться, а её плотность — снижаться. Пар, наоборот, будет становиться плотнее.
По мере дальнейшего нагревания разница между двумя фазами начнёт стираться. В определённый момент плотность жидкости и пара сравняется, структура среды станет однородной, и исчезнет видимая граница раздела. Это и есть состояние сверхкритической жидкости — своеобразный гибрид, который уже не жидкость, но ещё не газ, обладающий свойствами обоих состояний.
Обратите внимание: Чешские археологи обнаружили в Египте гробницу древнего «хранителя секретов Утреннего дома».
Свойства и практическое применение
Для каждого вещества переход в сверхкритическое состояние требует строго определённых, часто очень высоких, значений температуры и давления (но ниже тех, что приводят к отвердеванию). Такие условия могут существовать в природе, например, в атмосферах некоторых планет-гигантов.Уникальные свойства сверхкритических жидкостей нашли применение в технологиях. Они обладают высокой растворяющей способностью, подобно жидкостям, и низкой вязкостью с хорошей проникающей способностью, как газы. Это делает их идеальными растворителями в «зелёной» химии, например, в экологичной химчистке вместо традиционных токсичных веществ. В науке и промышленности сверхкритические флюиды используются для создания наноматериалов, точной экстракции (например, кофеина из зёрен) и в качестве реакционной среды для синтеза новых соединений.
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?.