Критичний стан
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Критичний стан

Критичний стан,

  1) граничний стан рівноваги двофазних систем, в якій обидві що співіснують фази стають тотожними по своїх властивостях;

загрузка...

  2) стан речовини в точках фазових переходів II роду. До. с., що є граничним випадком рівноваги двофазних систем, спостерігається в чистих речовинах при рівновазі рідина — газ, а в розчинах — при фазових равновесиях газ — газ, рідина — рідина, рідина — газ, тверде тіло — тверде тіло. На діаграмах стану До. с. відповідають граничні крапки на кривих рівноваги фаз ( мал. 1 , а і б) — т. н. критичні точки . Згідно фаз правилу критична крапка ізольована в разі двофазної рівноваги чистої речовини, а, наприклад, в разі бінарних (подвійних) розчинів критичні крапки утворюють критичну криву в просторі термодинамічних змінних (параметрів стану). Значення параметрів стани, відповідні До. с., називаються критичними — критичний тиск рк , критична температура Тк , критичний об'єм V до , критичний склад хк і т. д.

  З наближенням до До. с. відмінності в щільності, складі і ін. властивостях фаз, що співіснують, а також теплота фазового переходу і міжфазне поверхневе натягнення зменшуються і в критичній крапці дорівнюють нулю.

  У тому випадку, коли крива співіснування фаз закінчується критичною крапкою, виявляється принципово можливим перевести речовину з однієї фази в іншу, минувши область розшарування на дві фази (наприклад, газ перетворити на рідину, змінюючи його стан по лінії AB на мал. 1 , а, тобто минувши область, де одночасно існують газ і рідина). Зріджування (конденсацію) газів можливо здійснити лише після їх охолоджування до температур, менших Тк.

  В двокомпонентних системах характерні для До. с. явища спостерігаються не лише в критичній точці рівноваги рідина — газ, але і в так званих критичних точках розчинності, де взаємна розчинність компонентів стає необмеженою. Існують подвійні рідкі системи як з однією, так і з двома критичними точками розчинності — верхньою і нижньою ( мал. 2 , а і б) . Ці крапки є температурними кордонами області розшаровування рідких сумішей на фази різного складу. Аналогічною здібністю до розшаровування при певній критичній температурі володіють деякі розчини газів і тверді розчини .

  Перехід системи з однофазного стану у двофазне поза критичною крапкою і зміна полягання в найкритичнішій крапці відбуваються істотно різним чином. У першому випадку при розшаруванні на дві фази перехід починається з появи (або зникнення) нескінченно малої кількості другої фази з кінцевою відмінністю її властивостей від властивостей першої фази, що супроводиться виділенням або поглинанням теплоти фазового переходу. Оскільки виникнення такої нової фази приводить до появи поверхні розділу і поверхневій енергії, для її народження потрібні чималі зародки. Це означає, що при такому фазовому переході (фазовому переході 1 роду) можливі переохолодження або перегрів першої фази, обумовлені відсутністю життєздатних зародків нової фази.

  Фазові переходи в критичних крапках, що є граничними на кривих рівноваги фаз, є окремі випадки фазових переходів II роду. У критичній крапці фазовий перехід відбувається в масштабах всієї системи. Флуктуаційно виникаюча нова фаза по своїх властивостях нескінченно мало відрізняється від властивостей вихідної фази. Тому виникнення нової фази не пов'язане з поверхневою енергією, тобто виключається перегрів або переохолодження, і фазовий перехід не супроводиться виділенням або поглинанням теплоти і стрибком питомого об'єму (фазовий перехід II роду).

  При наближенні до До. с. фізичні властивості речовини різко змінюються: теоретично необмежено зростає теплоємність і сприйнятливість системи до зовнішніх дій (наприклад, ізотермічна стисливість в разі чистих рідин, магнітна сприйнятливість у феромагнетиків і т. д.); спостерігається цілий ряд ін. особливостей в поведінці речовини (див. Критичні явища ) . Ці особливості, характерні для До. с. об'єктів самої різної природи пояснюються тим, що властивості речовини в До. с. визначаються не стільки конкретними законами взаємодії його часток, скільки різким зростанням в речовині флуктуацій і радіусу їх кореляції. Знання особливих властивостей речовин в До. с. необхідно в багатьох галузях науки і техніки: при створенні енергетичних установок на надкритичних параметрах, надпровідних систем, установок для зріджування газів, розділення сумішей і т. д.

  Літ.: Фішер М., Природа критичного стану, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1968; Браут Р., фазові переходи, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1967; Ландау Л. Д., Ліфшиц Е. М., Статистична фізика, 2 видавництва, М., 1964 (Теоретична фізика, т. 5); Крічевський І. Р., Фазові рівноваги в розчинах при високому тиску, 2 видавництва, М.— Л., 1952.

  С. П. Малишенко.

Мал. 1. а — діаграма стану чистої речовини в координатах р, Т. Крівиє співіснування позначені цифрами: 1 — рівновага рідина — газ, 2 — тверде тіло; 3 — тверде тіло — рідина; До — критична крапка, Т = Т до — критична ізотерма; б — діаграма в координатах р, V. Цифрами позначені області співіснування двох фаз: 1 — рідина — газ; 2 — тверде тіло — газ; 3 — тверде тіло — рідина.

Мал. 2. а — верхня критична точка (Кв) рідкої суміші фенол — вода (Tк » 66°С). Заштрихована область, де суміш складається з двох фаз, що мають різну концентрацію компонентів; би — двокомпонентна рідка система нікотин — вода, що має як верхню критичну точку розчинення (Кв з T до = 208°С), так і нижню критичну крапку (Кн з Тк » 61° З).