7. Vielas kritiskais stāvoklis

Kas notiek ar ūdeni, to sildot?

Temperatūra pieaug. Izplešanās dēļ šķidruma blīvums samazinās, un samazinās molekulu mijiedarbības spēki, kas ietekmē virsmas spraigumu (virsmas spraiguma koeficients samazinās). Molekulu kustība kļūt intensīvāka, un molekulu vidējā kinētiskā enerģija pieaug.

 

Kas notiek ar ūdeni, kad tas vārās?

 

 

Nemainās temperatūra. Iztvaikošana notiek ne tikai no šķidruma virsmas, bet arī šķidruma iekšienē. Pievadīta siltuma dēļ palielinās attālums starp molekulām, un pavājinās pievilkšanās spēki, bet molekulu vidējā kinētiskā enerģija nemainās. Ūdens daudzums traukā samazinās iztvaikošanas dēļ.

 

Kas mainīsies, ja sildīs ūdeni noslēgtā traukā?

 

 

Pieņemsim, ka traukā atrodas tikai ūdens un ūdens tvaiks. Noteiktā temperatūrā ūdens iztvaikošanas dēļ ūdens tvaiks kļūs par piesātināto. Turpinot pievadīt siltumu, tvaikā nonāk arvien jaunas molekulas. Tāpēc piesātināta tvaika blīvums palielinās. Savukārt, temperatūrai paaugstinoties, ūdens blīvums samazinās.

Ūdens blīvuma un piesātinātā ūdens tvaika blīvuma izmaiņu var redzēt zīmējumā un tabulā.

 

 

Temperatūra, $\mathrm{°}C$	Ūdens blīvums, $\frac{\mathit{kg}}{m^3}$	Piesātinātā tvaika blīvums, $\frac{\mathit{kg}}{m^3}$
15	1000	0,073
50	998	0,083
100	960	0,597
200	860	7,84
300	700	46,9
374	320	320

Noteiktā temperatūrā, kuru sauc par kritisko, ūdens blīvums un ūdens tvaika blīvums kļūst vienādi. Punktu, kurā abas blīvuma līknes krustojas, sauc par kritisko punktu. Šeit izzūd atšķirība starp vielas gāzveidīgo un šķidro fāzi. 

Šajā punktā šķidruma virsmas spraiguma koeficients kļūst vienāds ar nulli, jo pazūd robežvirsma starp ūdeni un ūdens tvaiku.

Ūdens kritiskā temperatūra ir \(374\) $\mathrm{°}C$ un blīvums \(320\) $\frac{\mathit{kg}}{m^3}$.

Ja vielas temperatūra pārsniedz kritisko temperatūru, tad viela atrodas gāzveida stāvoklī un to nekādi nevar pārvērst šķidrumā.

Katrai vielai ir raksturīga noteiktā kritiskā temperatūra. Piemēram, skābekļa kritiskā temperatūra $-118{}^{0}C$. Tāpēc mūsu dabā skābeklis var pastāvēt tikai gāzveida fāzē. Savukārt mums ir ļoti tālu līdz \(374\) $\mathrm{°}C$. Tāpēc mēs sakām, ka gaiss satur ūdens tvaiku, nevis ūdens gāzi.