超临界水的物理化学性质研究

摘 要：只要超过了临界，就是在常温常压下水的物理化学性质都有极大变化，并且这些性质还会随着温度与压力的变化而变化，不再像临界内物理化学性质规律变化。同时超过临界后，在平常和非极性物质不互溶也会变成互溶，能够和空气、氧气等进行完全互溶。本文就是研究超临界情形下，水所具备的化学物理性质。

关键词：水 超临界 物理化学

如今超临界水因具备奇特性质，而被许多领域作为反应介质和溶剂来使用。同时在超临界的状态下，控制温度、压力以及操纵化学反应环境就能够加强反应物与产物溶解度，提升化学反应的转化率及反应速率，也不会产生二次污染。因此在这种情形下，探究超临界水所具备的物理化学性质具有现实意义

一、超临界水的特征

当所处环境的温度与压力到了一定值（374.30C、22.05MPa），高温造成水的密度膨胀与高压造成水蒸气被压缩的密度刚好相同时的水。对于超临界水而言，水的气体与液体没什么确保，两者完全交融到一起，形成一种新的处于高压高温状体流体。对于这种流体主要有如下几个方面的特征

1.具备较强氧化能力，有一些物质还能够进行自然并在水中产生火焰。

2.这种流体能够和油等各种物质混合，具备广泛溶解能力。

3.超临界水能够和氮气、氧气等各种气体按照任意比例进行混合，并产生单一相。

二、超临界水物理化学性质

流体在气体――液体相图上共存曲线终点即为临界点，其标志位固定不变的压力与温度点，在这个点上液相和气相间差别恰好消失，形成了一均相体系。水的临界压力为22.05MPa，临界温度为374.30C。一旦温度与压力超过了临界点，就视为了超临界水，形成了介于液体与气体之间特殊状态。

1.密度

当处于超临界环境下，对多控制温度、压力进行改变，让其在液态和气态之间的临界点变化，自然水的密度也就随之在液态水与低压水蒸气密度间进场变化，研究发现临界点密度是0.326g/cm3，当水的密度比较接近0.1g/cm3时就会发生超临界水氧化。

2.粘度

在液体中数以千计的分子不断的碰撞而传递着能量，主要形式有：（1）自由平动之时产生碰撞传递能量；（2）每一个分子和周围分子进行频繁碰撞时传递动量。就是这两种效应大小存在差异，致使不同区域中粘度大小与变化存在差异。在正常情况下，液体粘度一般是随着温度升高随之而降低，而气体粘度且是随着温度升高随之而增大。超临界水就成为了高流动性的性质，随着温度压力变化水粘度变化.

3.热导率

一般情况下，液体的热导率会随着温度升高而随之降低，常温常压情况下水热导率是0.598W/（m.k），当处于临界之时水的热导率大约为0.418W/（m.K），变化不太大。热导率和动力粘度两者具备相似函数形式，温度变化影响比较显著，但是热导率发散特征要强一些，但是缺少局部的最小值。

4.扩散系数

超临界水扩散系数比热蒸汽小，比常态水大。常态水（250C，0.1MPa）扩散系数为7.74×10-6cm2.s-1，过热蒸汽（4500C，1.35MPa）扩散系数为1.79×10-6cm2.s-1，，超临界水（250C，27.0MPa）扩散系数是7.67×10-6cm2.s-1，。事实上在高温高压下采用试验方法极难测定出水的扩散系数，就可以应用Einstern法不断的统计获取。

当水的密度（β>0.9g/压下，水的扩散系数不但和粘度有关系，还和密度有关。对于高密度水，其扩散系数随着温度增加而降低，随着压力增加而升高；但是对于低密度水，其扩散系数随着温度增加而升高，随着压力增加而降低。而且处于超临界区中，扩撒系数还有最小值。

5.介电常数

介电常数会随着密度增发而升高，随着压力升高而升高，随着温度增发而降低。ε（P）T与ε（T）P变化呈现单调性，但处于临界区时偏微分呈现指数增加，但是到了临界点却趋向无穷。

6.氢键

事实上水中有许多性质都源自于分子间氢键键合性质确定的。但是了解超临界水的特性与结构不够，必然不能认识超临界水的氢键。应用计算机模拟水结构能够得到氢键变化信息，变化的温度能够快速降低氢键总数，还会破坏室温下水的氧四方有序机构；但是在室温环境下，压力对氢键数量影响不大，稍微增加数量、降低氢键线性度。但是温度处于临界温度，和亚临界与超临界相比显著降低水中的氢键。饱和水蒸气中所增加氢键和液相中减低氢键相等，液相中氢键大约占据总量17%。一些专家应用IR光谱法研究高温环境下，水的氢键数量与温度关系，并且得出温度t与氢键度X关系式

这个式子就阐述了温度范围在7～5260C与密度范围为0.7～1.9g/cm3时X的行为。当温度为250C之时，其X值大约为0.55，说明水为液体时水中氢键大约只有冰的一半，当温度为4000C时，X值大约为0.3，当时温度达到5000C，X值依然大于0.2。说明较高温度下，水中依然存在氢键。

三、结束语

对于超临界水而言，从其物理化学性质可以看出来，处于超临界区中仍然存在氢键；而临界点的密度为常温下的1/3，随着压力升高密度也随之增加爱，温度升高密度随之降低。并且超临界水中，温度变化对动力粘度影响大。

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作者简介：朱刘欢，21岁，男，汉籍贯：河南商丘 学历，本科，研究方向：化学。