什麼是臨界溫度?

2021-02-25 物理小識


我們常在有關書籍和報刊中看到:蒸汽、汽輪機、汽化……這些詞中的「汽」有水旁;而氣球、氧氣、空氣這些詞中的「氣」沒有水旁。這是為什麼,要說明這個問題,還須從物質的臨界溫度談起。

要使物質由氣態變為液態可以用加大壓強和降低溫度的方法。但這種方法能否使所有的氣體液化呢,早在19世紀中葉,包括法拉第在內的許多科學家在這方面做了大量的研究工作,二氧化碳、氯化氫等氣體相繼在他們的實驗室裡變成液體。但是氧氣、氮氣、氫氣等一直不能被液化。於是,人們不得不把這些「頑固派」稱為「永久氣體」。

1869年,科學家發現了一個有趣而且有很高科學價值的現象:要想加壓使二氧化碳液化,必須使它的溫度等於或低於31.1℃;高於31.1℃時,壓強無論怎樣加大,也不能使它液化。實驗表明,氯化氫、氨氣等氣體也有自己的「特殊溫度」,只不過氯化氫是51.5℃,氨氣是132℃罷了。這時,科學家明白了所謂「永久氣體」氧氣、氮氣等也有自己的「特殊溫度」,只有將它們的溫度降低到這個「特殊溫度」,加大壓強時才能使它們液化。但是這些氣體的「特殊溫度」很低,當時還達不到這樣低的溫度,所以無法使它們液化。隨著低溫技術的不斷提高,「頑固派」也一個個被液化了。1908年,氦氣最後也被化了。每種物質的「特殊溫度」叫做這種物質的臨界溫度。下表列出了一些物質的臨界溫度:

通常把在臨界溫度以上的氣態物質寫作「氣」,對「氣」壓縮時,它不可能被液化;而把臨界溫度以下的氣態物質寫作「汽」,對「汽」加壓有可能被液化。同一物質的「氣」和「汽」在分子組成上沒有什麼不同,因此氣和汽並沒有嚴格的區別。出於習慣,人們常把室溫下處於液態的物質如水、酒精、汽油等的汽化物寫作「汽」。

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