导语大自然中,水存在于许多地方,人类也对水进行了深入研究,目前我们所知道的水有固态、液态和气态。
然而人类对于水只了解的只是个大概,并不是所有的都了解,直到有一天,人类发现了水的第四种状态“超临界状态”,水在这种状态下竟然具有了其他几种状态的物性,那究竟是怎么一回事呢?水的四种状态。
1834年,英国科学家法拉第在对二氧化碳进行加热的过程中,发现到二氧化碳虽然温度高了,但是它的密度却没变,这让法拉第猜想它是否已经融化了,但是在法拉第对其进行冷却的时候,却发现它没有凝固。
当温度上升到了31摄氏度,法拉第再一次尝试对二氧化碳进行压缩,结果发现二氧化碳的密度几乎没有变化。
这让法拉第感到十分诧异,于是他又对二氧化碳进行了冷却,结果发现在压力下二氧化碳竟然开始缩小体积,直到体积变小,法拉第才发现它形成了固态。
经过多年对二氧化碳的研究法拉第发现它竟然有两种凝固状态,一种是液态,另一种是固态,当然除此之外,二氧化碳还有气态,那么二氧化碳就是三种凝聚状态的物质。
那么水有几种呢?要知道水不仅有液态,还有固态和气态,所以水一共有三种状态,这是众所周知的,但是其实水还有四种状态,它就是“超临界状态”的水。
其实早在1822年,科学家就发现了二氧化碳有另外一种状态,那就是“超临界状态”,而水在1827年的时候就被提出了,但是直到现在,我们对“超临界态”仍然了解不多。
后来,有一位科学家在进行对水进行蒸汽、液水和水蒸气的实验的时候,从这三种状态中找到了“超临界态”。
超临界水的物性。
这位科学家就是澳大利亚的一位叫做巴伊特的博士,在1970年的时候,他就对超临界水做了严谨的研究,他发现在220摄氏度,22.1MPa的压力下,液态水的密度已经达到了10%。
此时水的密度几乎等于液态二氧化碳,这在当时来看是极不可能的,因为液态水的密度是1克/立方厘米,而二氧化碳是0.4克/立方厘米,差了一个小数点就是超临界状态了,所以要达到超临界状态的水几乎是不可能的。
但是在1975年,费利普·阿尼斯菲尔德和R·罗斯对巴伊特进行的实验进行了验证,结果发现巴伊特实验的数据完全不存在错误,并且对于巴伊特的实验进行了完善和最终的证实,于是巴伊特的实验就被公认为“超临界水”的实验。
“超临界水”是指液态水凝聚到一定的压力下就会凝聚成固体,超临界水同样也有三种状态,一种是液态,一种是气态,一种是固态。
但是作为一种液态,它并不会具有液态的物性,当温度下降的时候,超临界水会迅速的从气态变成液态,不会形成任何气体,也就是说它更类似于液态。
当温度降到了374摄氏度的时候,超临界水就会变成了气态,此时的压力非常的大,是2200MPa,超过经典的常压锅炉。
此时的气体已经不是一般液态水的气体了,因为它的压力已经达到了2200MPa,所以新发明出来的锅炉都需要使用更坚固的材料,所以“超临界水”实践的使用有限。
但是固态的超临界水的状态非常的特殊,它在超临界状态下,可以将气体和液体的物性融合在一起,所以“超临界水”就被形成了。
它可以像气体一样进行扩散,又可以像液体一样溶解一切东西。
超临界水对环境的影响。
那么超临界水的温度为什么会达到374摄氏度,这是因为此时的压力下,气态水达到了临界点,而临界点的温度就是374摄氏度,那么它的压力又是多少呢?直到1912年,美国科学家达令顿才完成了对超临界水的压力的测量,最终的结果是218MPa,所以在374摄氏度下,超临界水的压力就是218MPa。
那么人们最大的疑问就是超临界水和普通水有什么区别,对人类有什么帮助吗?经过人们多年的对超临界水的研究,他们发现超临界水在对金属做橡胶、塑料和有机材料进行研究的时候,对材料会有很大的影响。
除此之外,超临界水还可以对生物鲜活进行处理,将生物中的有机物和无机物进行分离处理。
此外,超临界水还可以把植物和微生物分解成糖和蛋白质,所以在食品、抗生素和香料的制造方面有很大的作用。
除此之外,超临界水对环境也有积极的影响,比如燃煤电厂的尾气对环境造成了严重的污染,经过人们用超临界水处理过后,污染程度减弱了很多,超临界水对环境的处理也是非常的有效。
所以超临界水也被人们誉为“环境的清洁工”,它对环境非常的有益。
但是超临界水也有一些不足之处,比如超临界水具有腐蚀性,所以如果在使用的过程中,不注意细节,就会对人们造成极大的伤害。
而且超临界水的生产也是非常的困难,因为需要达到临界温度和临界压力,对设备的要求也比较高,所以也不是一般公司都能进行生产使用。
结语人类在不断的探索中,发现了超临界水的存在,它对人类和环境的影响都是很大的,所以希望未来能够发现更多“第四状态”的物质。