世界上有许多不同形式的物质 。物质已知的形态有六种,分别是固体、液体、气体、等离子体、玻色-爱因斯坦凝聚体和费米子凝聚体,其中固体、液体和气体是我们最熟悉的三种形态 。
我们每天看到的大多数物质有三种形态:固态、液态和气态 。在不同的温度和压力下,这三种形态可以相互转化,最典型的就是水 。在标准大气压下,水的沸点是100摄氏度,也就是说在100摄氏度下,水会变成气态形式,也就是水蒸气 。0摄氏度是水的冰点 。摄氏零度时,水会凝结成冰 。如果气压增加,水的冰点和沸点也会相应增加,反之亦然 。
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水只有三种形态吗?不仅是水,很多物质在特殊情况下都有不同于三种形态的特殊形态 。这种状态称为“超临界状态” 。
什么是超临界状态?以水为例 。水有临界温度和临界压力 。所谓临界温度,是指水从气态变成液态的最高温度 。你什么意思?我们知道,水的沸点在标准大气压下是100摄氏度,但是随着压力的增加,这个温度也会增加,但是一旦温度超过临界温度,气态的水在这个时候无论怎么增加压力都不会变成液态 。临界压力是在临界温度下将水从气态变成液态所需的最小压力 。
水的临界温度是374.15摄氏度,即一旦温度超过374.15摄氏度,无论如何增加压力,水都不会从气态变成液态 。
水的临界压力是22.05 MPa,也就是说水在374.15摄氏度从气体变成液体所需的最小压力是22.05 MPa 。那么,当水的温度和压力远远超过临界值时会发生什么呢?水呈现一种特殊的状态,超临界状态,这种状态下的水称为“超临界水” 。超临界水是一种特殊的流体 。与普通液态水相比,超临界水的可压缩性会显著增强,还会获得独特的溶解其他物质的能力 。具体来说,超临界水和普通液态水的区别主要表现在密度、介电常数和粘度上 。
在标准大气压下,室温下液态水的动力粘度为0.001 Pa·sec,而超临界水的动力粘度为0.298×10∧-2pa·sec 。这是什么意思?意味着超临界水可以成为高流动性的物质 。
说了这么多,超临界水有什么用?超临界水的独特性质决定了它必须有广泛的用途,如有机废物的处理 。传统的有机垃圾是如何处理的?通过焚化 。焚烧,顾名思义是通过高温焚烧来分解有机废物,但这种处理方式会带来二次污染 。而使用“超临界水燃烧技术”可以有效解决这个问题 。燃料或有机废物在超临界水中遇到氧化剂后会发生氧化反应,这种剧烈的氧化反应会产生“水热火焰” 。
“热液火焰”是一个非常有趣的现象 。在我们看来,就是水着火了,好像水真的能烧 。
利用超临界水燃烧技术处理有机垃圾,不仅不会因高温造成二次污染,而且去除率可达99%,可一次处理,无需二次返工 。超临界水不仅可燃,还是优质的“萃取剂” 。由于其良好的溶解性,超临界水可以从许多天然物质中提取香料和油 。正是由于超临界水的广泛用途和巨大的发展潜力,科学家们一直在进行超临界水的研究 。
早期的超临界水是在实验室里获得的,所以科学家一直有一个疑问,就是“自然界有超临界水吗?”后来这个问题终于有了答案 。
【固态水都有哪些 固态水是什么】德国科学家在大西洋中部的一个海底热液喷口意外发现了天然超临界水的存在 。原因是这里的温度远远超过了水的临界温度 。据测量,热液喷口附近的水温达到464摄氏度,远远超过水的临界温度374.15摄氏度 。这对于科学家来说是一个非常激动人心的发现,因为这证明了超临界水不是人工制造的,而是客观存在于自然界中的 。当然,超临界水并不是唯一可以处于超临界状态的物质 。只要条件合适,很多物质都可以有超临界状态 。
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