Kritisch Punkt (Thermodynamik)

In de Thermodynamik betekend de kritisch Punkt en sünnern Punkt in’t Phasendiagramm vun en Stoff, de dör en Temperatur un en Druck fastleggt is. Dat is liekers ok de böverste Punkt vun de Dampdruckkurv. Physikalsch gliekt sik an dissen Punkt de Dicht vun de fletig Phaas un de Gasphaas an. Baven den kritischen Punkt gifft dat twüschen de beiden Phasen keen Ünnerscheed mehr; Man snackt denn vun en överkritisch Fluid.

Egenschoppen

De kritisch Punkt is uttekend dör dree Tostandsgrötten:

de kritisch Temperatur T_c
de kritisch Druck P_c
de kritisch Dicht ρ_c oder dat kritisch Molvolumen V_m,c.

Wiel man baven den Punkt nich mehr ünnerscheden kann twüschen Gas un Fletigkeit, seggt man överkritisch Fluid, manchmol ok superkritisch Fluid. Mitünner warrt dat ok as en egen Phaas ankeken.

Wenn en Stoff den kritischen Punkt nöger kummt, warrt de Verdampenwarms jümmer lütter un verswinnt ganz, wenn de kritische Punkt schapt is. Nipp un nau vör den kirtischen Punkt is de Effekt vun de kritischen Opaleszenz to sehn: Vun wegen de bannig sieten Verdampenwarms künnt de Deelken vun de Stoff jümmers twüschen fletig un gasförmig wesseln, wat denn as en dulle Schlierenbillen to sehn is.

Op lütt’ Maat lett sik dat Verhollen baven den kritischen Punkt utgahnd vun de Gasphass beschrieven: Wenn en Gas jümmer duller tohopendrückt warrt, denn warrt de Afstännen twüschen de Gasmolekülen oder -atomen jümmer lütter. Geiht de Druck över P_c röver, gliekt sik de Afstand an den Afstand an, de in de fletigen Phaas vörliggt. En Ünnerscheed is denn nich mehr uttomaken.

De kritische Temperatur T_c kann as de Temperatur ansehn warrn, ünner de man en Gas dör Druck verfletigen kann. Över T_c geiht dat nich mehr.

Experimentell Bekieken

De Övergang in den överkritischen Tostand lett sik goot an Kohlenstoffdioxid (CO₂) ankieken, dat in en dick Rohr ut Quarzglas inslaten is. De kritisch Temperatur liggt bi 31,0°C, de kritische Druck bi 7.380 kPa oder 73,8 bar (kiek ok op’t Phasendigramm baven).

Bi en Temperatur ünner 31 °C is dat Rohr to’n Deel mit fletigen CO₂ füllt, un to’n annern Deel mit CO₂-Gas. Beid Phasen sünd ahn Klöör, dörsichtig un dör de klor to sehn Bavenflach vun de Fletigkeit düüdlich vunenanner trennt. Warrt dat Rohr nu langsam opwarmt, sütt man toeerst mol, dat dat Volumen vun de Fletigkeit grötter warrt. Dat Gasvolumen warrt to glieken Tiet lütter, wiel dat Gas tosamendrückt warrt. Kommt wi nu an de 31 °C ran, billt sik kott en dichten Nevel (kritisch Opaleszenz), de sik na wenige Sekunnen wedder oplöst. Darno is dat Rohr mit en eenzig homogene, klor dörsichtige Phaas füllt, wat dat överkritisch CO₂ is. Bi’t Afköhlen billt sik wedder kott de Nevel, bevör sik dat överkritische Fluid wedder in gasförmig un fletig CO₂ opdeelt.

Afschätzen un Bereken

De kritsichen Tostandsgrötten künnt dor empirisch Meten mit teemlich groten Oüpwand rutfunnen warrn, aver man kann dat ok ut de Van-der-Waals-Glieken afschätzen, wobi wam jehm ok as Definitschoon vun de Reduzerten Grötten nütt.

Neven de Tostandsglieken warrt faken ok GRuppenbidragsmethoden verwennt, mit de man de kritischen Grötten ut de Molekülstruktur afleiden kann.

Opdecken

Dör dat tonehmend Verwennen vun Dampmaschinen in de Industrie in’t 18. Johrhunnert, hebbt de Wetenschopplers to de Tiet ok jümemrs fakener dat Kaakverhollen vun verscheeden Stoffen ünnersocht. Dorbi weer opdeckt, dat sik de Kaakpunkt mit den Druck ännert. Man hett dorophen annahmen, dat dat tohopen Existeeren vun Fletigkeiten un Gas bi Drück mööglich is, so hooch man müch.

Dat disse Annahm so nich stimmt, hett de irische Physiker un Chemiker Thomas Andrews üm 1860 rüm rutfunnen. Dör Ünnersöken mit CO₂ künn he wiesen, dat af en sünnerlich Punkt keen Ünnerscheed mehr is twüschen Gas und Fletigkeit, un sik dissen Punkt even dör en sünnerlich Temperatur un Druck dorstellt un sik denn ok en sünnerlich Dicht instellt. He hett dissen Punkt denn ok kritisch Punkt nöömt. En Verkloren vör dat Verhollen, as baven beschreven, geev kott dorna de nedderlännsch Physiker Johannes Diderik van der Waals af.

Bruuk

Överkritisch Fluiden vereent de Anlaag vun Fletigkeiten, annere Stoffen to lösen mit de siete Viskosität liekers Gas. Bito verswinnt se dör Verdampen vullstännig, wenn de Druck sieter maakt warrt, un sünd dorüm goot as Löösmiddel. De eenzig Nadeel is de hooge Druck, de bi den Vörgang bruukt warrt. Överkritische Fluiden warrt ok to’n Herstellen vun fienste Partikels insett.

In överkritisch Water kann SiO₂ löst warrn. Bi’t Utkristalliseeren an’n Empkristall billt sik Quarzeenkristallen. Disse warrt in lütte Deele tweimaakt un in Quarzklocken insett. Överkritisch Water löst ok Fett ut Fleesch. Wiel sik bannig veel Stoffen in’n Fett aflagert, warrt op disse Wies t. B. Medikamenten un annere Substanzen ut dat Fleesch rutlöst un nawiest.

Ok bi’t Farven vun Textilen kann dat gode Lösen vun de Farv in’n överkritischen Tostand utnütt warrn, üm de Farv op de Fesen to överdregen. Na den Vörgang warrt de Druck eenfach minnert un de Farv fallt as Faststoff ut.

Mit överkritisch CO₂ warrt ok Koffein ut Tee un Kaffee rutmaakt.