相與相變

臨界點

想像加熱一根封住的管子,裡面是液體,上面有一些蒸氣。液體膨脹變稀;蒸氣受壓變濃。把溫度和壓強推得足夠高,兩者會變得如此相似,以致它們之間那道界面閃爍、淡去,最終消失——你再也分不出液體在哪結束、氣體從哪開始。這場消失,發生在臨界點。

臨界點是液體與氣體之間的區別消失的那個確切的溫度和壓強(臨界溫度和臨界壓強)。它標記著相圖上液氣分界線的終點:那條共存線就在那裡戛然而止,而不是永遠延伸下去。在這一點之上,無論你怎麼擠壓,都沒法把物質壓回一種可辨認的液體。

它為什麼重要:臨界點之外,存在一種奇異的第四種狀態,即超臨界流體,它流動起來像氣體、溶解東西卻像液體。臨界點還解釋了為什麼有些氣體,比如氮或甲烷,在室溫下無論你壓得多狠都不肯液化——它們的臨界溫度遠低於尋常的暖度,所以在臨界溫度之上,液體根本無法存在。

水的臨界點在 374 °C、218 個大氣壓;二氧化碳的則溫和得多,在 31 °C、73 個大氣壓——這正是為什麼用二氧化碳做成超臨界流體來給咖啡脫咖啡因如此容易。

在臨界點之上,液體和氣體合為一種無法區分的流體。

臨界點終結的是液氣線,但固液線沒有臨界點——固體和液體永遠不會變得無法區分,因為它們的分子有序程度根本不同。所以熔化線不像沸騰線那樣有盡頭,而是無止境地延伸下去。

又稱
临界点臨界點