¿Por qué un punto crítico de existir?

Question

Todavía no puedo comprender plenamente la esencia de un punto crítico en los diagramas de fase.

Normalmente se dice en los libros de texto que la diferencia entre el líquido y el estado gaseoso de una sustancia es cuantitativo y no cualitativo. Mientras que es fácil de entender para un líquido-sólido de transición (ruptura de la simetría, es un cambio cualitativo), es claro para mí, ¿qué sentido tiene para un líquido y gas: siempre hay una diferencia cuantitativa entre un gas a 300 $K$ y 400 $K$.

1. Es correcto decir "esta sustancia se encuentra en estado gaseoso"? No debería también especificar la ruta de acceso en el diagrama de fase por el que la sustancia que se interpusiera en su estado actual? Lo hizo cruzar la ebullición de la curva o fue por encima del punto crítico y nunca hervida?

2. ¿Por qué un punto crítico siquiera existen? A ciegas, quiero suponer que no hay ningún ebullición de la curva en todo, ya que la diferencia es cuantitativa, la densidad de una sustancia disminuye suavemente con las temperaturas y aumenta con la presión; o que el punto de ebullición de la curva pasa a "infinito" (como las altas presiones y temperaturas como quedaría moléculas intactas). ¿Por qué parar?

Answer 1

Voy a intentar responder a estas preguntas desde diferentes puntos de vista.

Macroscópico ver

El "cuantitativa", en lugar de diferencia cualitativa en un líquido-gas de la fase de transición es debido al hecho de que las moléculas de acuerdo no cambia mucho (no hay ninguna diferencia cualitativa), pero el valor de la compresibilidad cambia mucho (diferencia cuantitativa). Esto puede verse fácilmente en la de Van der Waals isotermas debajo de la temperatura crítica,

La transición de fase, se produce en la línea punteada $AD$. Para volúmenes menores de $V_D$, la alta pendiente de la curva significa que se necesita una enorme cantidad de presión con el fin de disminuir una pequeña cantidad de volumen. Esto caracteriza una fase líquida que tiene una muy baja compresibilidad. La pendiente es mucho menor y la compresibilidad es alto, lo que caracteriza a un gas. Entre las $V_D$ $V_A$ hay una fase de mezcla, se caracteriza por un divergentes de compresibilidad, es decir, los cambios de volumen a presión constante.

Por encima de la temperatura crítica, ya no hay un cambio tan radical en la compresibilidad. Los de Van der Waals de la isoterma es la siguiente

Como usted ha mencionado que la densidad de aumentar continuamente con la presión. También se puede ver a partir de las de Van der Waals la ecuación, cuando se escribe como $$p=\frac{NkT}{V-Nb}-a\frac{N^2}{V^2},$$ que a muy altas temperaturas a las que se comporta como $$p\rightarrow \frac{NkT}{V-Nb},$$ que no es cualitativamente diferente de la de la isoterma de un gas ideal. No hay ninguna fase líquida.

Vista microscópica

Consideremos una sustancia por debajo de su temperatura crítica. Después de una transición de fase de gas a líquido, un menisco (interfaz) aparece entre la porción de líquido y un vapor (gas) la parte que se presente debido a la cinética de distribución de velocidades. El vapor tiene mucho menor densidad, por lo que una molécula en la mayor parte de los líquidos tienen más obligaciones que una molécula en la superficie (interfaz). Cada bono tiene un negativo de la energía de enlace (de la servidumbre de los estados unidos), de modo que las moléculas en la superficie tienen un exceso de energía.

Esto da lugar a una (positivo) superficie densidad de energía que es la nada, pero la tensión superficial de la interfase. Cuando se aumenta la temperatura, la densidad del vapor aumenta y en algún punto es igual a la densidad del líquido. En este punto, el número de bonos para las moléculas en el volumen y en la superficie es igual a lo de que no hay tensión superficial. Esto significa que no hay menisco y no de la fase de transición. Debe haber un punto crítico por lo tanto.

Answer 2

Para una sustancia pura que puede existir en el sólido, el líquido y el vapor de los estados (es decir, la madera no está en esta categoría), vamos a suponer que un recipiente cerrado es la mitad llena de líquido y la mitad llena de vapor. A medida que la temperatura aumenta, el líquido se expande y la densidad del líquido que cae. También, a medida que la temperatura aumenta, la presión en el recipiente se eleva debido a la presión de vapor de este material, por lo que la densidad de vapor se eleva. En algún punto, la densidad de vapor es igual a la densidad del líquido, y sólo una fase puede existir. Esto se produce a la temperatura crítica y la presión crítica.

El ejemplo más común de un material por encima de su temperatura crítica es de aire. No importa lo mucho que comprimir el aire, no va a condensar en la temperatura de la habitación. Esto puede ser una preferencia personal, pero que yo llamaría el aire a temperatura de un gas (como opuesto a vapor).

Answer 3

Buena pregunta. No tengo mi Widom de todo, pero voy a intentar responder de la memoria.

1. Creo que el consenso es decir, una sustancia que se encuentra en su estado gaseoso si podría ser un líquido a la misma temperatura. Esto, en contraposición a la misma presión, volumen, etc. Si la temperatura es supercrítico, no hay transición entre el líquido y el gas, y el término genérico de "líquido".

2. Usted puede imaginar que a altas temperaturas el líquido debe estar en un gran estado desordenado. Si usted comienza con un diluir el gas y presurice, usted debería ser capaz de hacer tan denso como se desee. Por lo tanto, no debería haber ningún líquido-gas transición a altas temperaturas. Por lo tanto, si existe a bajas temperaturas, se debe poner fin. Aviso de un líquido-gas de transición podría ser adelantado por un sólido-gas, y no existe en absoluto. También, hay siempre un sólido-gas de transición, debido a que uno es debido a que la molécula duro de núcleos (en última instancia, cuanto en el origen), y en gran parte no afectada por la temperatura.

Answer 4

Tratando de responder al "por qué" cuestión de forma intuitiva:

En un líquido, las moléculas de una gran experiencia intermoleculares de la fuerza, tanto así, que la energía media de las moléculas es suficiente para escapar de la fuerza de atracción de los materiales del entorno. El resultado es que es energéticamente favorable para ellos permanecer juntos, incluso si eso significa que ellos no llenar todo el espacio disponible (el espacio por encima del líquido).

A medida que aumenta la temperatura, la presión de vapor del líquido aumenta a medida que un mayor número de moléculas de alcanzar la "velocidad de escape". En el proceso de quitar la energía del líquido (mayor que el promedio de la velocidad necesaria para escapar). Sin embargo, si continúa el aumento de la temperatura, eventualmente llegará a un punto donde el aumento de la entropía se compensa por la pérdida de energía debido a la vaporización - en otras palabras, ya no hay una "pena" por una molécula para ir de un estado a otro, y la distinción entre las dos fases desaparece.

Answer 5

¿Por qué un punto crítico siquiera existen?

Creo que esta pregunta es igual a esta:

"¿Por qué el ancho de las dos fases de la región es mayor a bajas temperaturas y presiones?" Volumen específico de los líquidos en su mayoría depende de la temperatura en comparación con la presión. Esto significa, por una bien definida incremento de la presión, se puede prescindir de su efecto sobre el volumen específico del líquido con respecto al incremento de la temperatura del líquido. Así, mediante el aumento de la temperatura, el volumen específico del líquido saturado a aumentar.

Por otro lado, el volumen específico de los gases depende fundamentalmente de la presión de ellos en comparación con su temperatura. Para una bien definida incremento de la temperatura, la influencia de la presión de incremento será mucho más que la temperatura. Así, mediante el aumento de la temperatura, el volumen específico de la saturado de vapor disminuirá.

Por lo tanto, al aumentar la temperatura, el ancho de las dos fases de la región disminuirá y debido a la continuidad de las propiedades de las sustancias, finalmente, este ancho será eliminado. I. e. un punto crítico será, sin duda existe.