高等熱力學
臨界點(critical point)
沿相圖上的液-汽邊界往上走——同時升高溫度與壓力——這條線並不會無止盡地延伸。它會突然停在一個特殊的點,在那裡液體與氣體的差異乾脆消失。這就是臨界點(critical point)。越過它便不再有沸騰、不再有液面、不再有區別:你能把流體從類液連續地帶到類氣,而完全不跨越任何相邊界。
對液-汽系統,臨界點是共存曲線終止、兩相變得全同之處。在一條等溫線上,它是壓力對體積的反曲點,由 (dp/dV)_T = 0 與 (d^2p/dV^2)_T = 0 同時定義,鎖定臨界溫度 T_c、臨界壓力 p_c 與臨界體積 V_c。恰在臨界點的相變是連續(二級)的:序參量——液氣之間的密度差——趨於零,而關聯長度與壓縮率發散。
那發散的關聯長度使密度漲落成長到可見光的尺度,因此處於臨界點的流體會散射光而變得乳白——臨界乳光(critical opalescence)。臨界點是普適性的舞台:截然不同的系統(流體、磁體)共享相同的臨界指數。注意:液-氣線終止於臨界點,但固-液(熔化)線並不會——晶體與液體以破缺的對稱性相區別,故無法連續地變得全同。
水的臨界點在 T_c = 647 K、p_c = 22.1 MPa。在此之上,水是超臨界流體——既非液也非氣——它像液體般溶解物質,卻又像氣體般擴散。超臨界二氧化碳(T_c = 304 K、p_c = 7.4 MPa)正是利用這一點來為咖啡去咖啡因。
在臨界點之上,物質是單一的超臨界流體,不再有液-氣之分。
臨界點終結了液-氣共存線,但熔化並無類似的臨界點:固體與液體以破缺的平移對稱性相區別,而此對稱性無法逐漸消失。
又称
另见