相變：臨界溫度

描述

P2.4.3.1 觀察臨界點下液體和氣體的混合物

P2.4.3.2 觀察臨界點下液體和氣體的混合物 – 使用 Mobile-CASSY 測量

臨界點是指實際氣體的臨界壓力 pc、臨界密度 ρc和臨界溫度 Tc所定義的條件。在臨界溫度以下，物質在足夠大的摩爾體積下是氣態，稱為蒸氣；在足夠小的摩爾體積下是液體。在這兩個極端之間存在液體-氣體混合物，其中蒸氣成分隨著摩爾體積的增大而增加。由於液體和蒸氣具有不同的密度，在重力場中它們會分離。隨著溫度升高，液體的密度減小，蒸氣的密度增加，直到在臨界溫度時，兩者的密度都達到臨界密度的值。液體和蒸氣完全混合，相界面消失。在臨界溫度以上，物質無論摩爾體積多大都是氣態。

實驗 P2.4.3.1 和 P2.4.3.2 探討六氟化硫（SF6）接近臨界溫度時的行為。此物質的臨界溫度是 Tc=318.7，臨界壓力是 pc=37.6。物質被封裝在壓力室內，設計使得熱水或蒸汽可以通過外套流過。觀察加熱物質時液體與氣體相界面的消解，以及冷卻時其恢復的過程，投影在牆上觀察。隨著系統接近臨界點，物質會強烈地散射短波光，整個壓力室的內容物呈現紅褐色。這種臨界乳白現象是由於密度變化顯著增加而造成的。

備註：在加熱壓力室時，最好盡可能緩慢地加熱，以便更好地觀察加熱過程中的相界面消解。

這個實驗可以使用蒸氣發生器進行，溫度測量可以用溫度計完成。或者可以使用循環恆溫器和帶溫度傳感器的 Mobile-CASSY 進行測量。