临界温度

　　临界温度，使物质由气态变为液态的Z高温度叫临界温度。每种物质都有一个特定的温度，在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质都不会液化，这个温度就是临界温度。

什么是临界温度

　　气体可以在一定温度下通过施加压力发生液化。假设我们有一个装有活塞的圆柱体，而圆柱体中含有水蒸气。如果我们在水汽上增加压力，当压力为1.01×10⁵帕时液态水就会形成。然而，如果温度是110℃，液体不会形成，一直到1.43×10⁵帕才会形成。当你把温度提高到374℃，液体只能在2.2×10⁷帕时形成。然后超过这个温度以后，无论你施加多少压力都不能形成一个明显的液体，这是物质一种很有趣的现象。

　　随着压力的增加，气体会逐渐变得更加压缩。不同物质液相形成的Z高温度称为临界温度，临界压力是指这个临界温度下产生液化所需的压力，临界温度是液体存在的Z高温度。

　　在临界温度以上，分子的动能大于导致液体状态的吸引力，无论物质被压缩了多少都不能使分子更靠近，分子间力越大，物质的临界温度就越高。

　　上表列出了几个临界温度和压力。注意，非极性的、低分子量的物质，具有较弱的分子间吸引力，其临界温度和压力低于极性或较高分子量的物质。还需要注意的是水和氨的临界温度和压力高的原因由于分子间氢键力很强导致的。

　　因为临界温度和临界压力提供了气体液化的条件，所以对于使用气体的人来说，临界温度和压力通常是非常重要的。有时我们想液化气体，其他时候我们想避免液化。如果气体的温度高于临界温度，就不能通过施加压力来液化气体。例如，O₂的临界温度是154.4K。它必须在低于这个温度下冷却才能被压力液化。相比之下，氨的临界温度为405.6K。因此，它可以在室温(约295K)下通过施加足够的压力来液化。

　　当温度超过临界温度和压力超过临界压力时，液相和气相是无法区分的，物质处于一种叫做超临界流体的状态。和液体一样，超临界流体也可以作为溶解各种物质的溶剂。通过超临界流体萃取，混合物的成分可以相互分离。

水的临界温度

　　超临界水(简称SCW)的临界温度与压力分别为374.2℃，22.12MPa。

　　2005年，德国科学家在对大西洋底一处高温热液喷口进行考察时发现，这个喷口附近的水温Z高竟然达到464℃，这不仅是迄今为止人们在自然界发现温度Z高的液体，也是diyi次观察到自然状态下处于超临界状态的水。

　　这个热液喷口位于大西洋中部山脊(mid-atlantic ridge)，Z早是由德国布莱梅雅各布大学的地球化学家安德里亚教授和她的研究小组于2005年发现的，他们在接下来的几年里对这个热液喷口进行了长期的跟踪研究。他们对这个热液喷口周围液体的温度进行测量时，发现即使它的Z低温度也有407℃，Z高更是达到了惊人的464℃。

临界温度应用——超临界水

　　超临界水在自然界油的生产过程中起到重要作用。

　　研究表明，油母质转化为石油发生在高温高压的水中。由于黏土等的催化作用，油母质在地层的水热环境中，Z终形成了石油。目前，部分研究模拟相似环境，利用藻类合成了石油原油。并且，在美国密歇根大学Savage教授的实验室里，利用超临界水快速催化裂解藻类，在几百秒内即可将藻类转化为生物原油，且生物原油的品质与自然界生成的部分原油品质接近。

　　超临界水与通常状态下的水截然不同，其性质发生巨大变化。在超临界水反应中，水随着温度的升高，介电常数、黏度降低，使得其溶解性趋近于有机溶剂，而扩散系数、传质性趋近于高温气体。因此，水能有效溶解有机物及气体等，使得反应在均相中进行，从而加速了反应速率，如下图所示。利用高温、高压水作为有机溶剂，不仅能有效加快反应速率，且水为无污染、可再生的绿色溶剂，更符合现代绿色化工的需求。

　　超临界水温度在374.2℃以上，压力在22.12MPa以上，因此对设备的要求很高。为降低对设备的要求，目前部分研究开始在亚临界条件下进行相关反应及有机物、材料的合成反应。

　　亚临界水通常是指温度在300℃以上，压力在12MPa以上的近超临界临界状态水。亚临界水的基本特性与超临界水接近，传质及对有机物的溶解性低于超临界水?

　　尽管在亚临界状态中，亚临界水不能像超临界水那样完全互溶气体及有机物，但对气体及有机物依然具有良好的溶解性能。并且，在亚临界条件下，320℃左右，水的pH值会降低，使得亚临界水呈现强酸性，因此，能催化部分反应并具有绿色酸效应。

　　自从1978年，麻省理工学院Modell教授开始利用超临界水进行有机物处理及资源化反应相关研究以来，已经有近40年的相关历史。

　　在国际上及国内，该领域建立了一批的实验室，对超临界水反应进行细致研究，领域广泛涉及超临界水中的氧化反应、脱氯等还原反应、气化过程、液化过程、有机合成反应及催化剂合成等相关领域。

　　目前，超临界水的相关研究呈上升趋势。水在近临界点，其性质发生了显著变化，从常态水对无机盐溶解变为不溶，对有机物、气体不溶解变为溶解，使得其成为良好绿色溶剂。另外，由于超临界水具有良好的传质性，也使得其成为GX媒介。尽管超临界水条件较为苛刻，腐蚀性强。但由于其独特特性，也使得其被广泛研究及运用。