महत्वपूर्ण बिंदु (थर्मोडायनामिक्स)

1. Subcritical ethane, liquid and gas phase coexist.
2. Critical point (32.17 °C, 48.72 bar), opalescence.
3. Supercritical ethane, fluid.

ऊष्मप्रवैगिकी में, एक क्रांतिक बिंदु (या क्रांतिक अवस्था) एक चरण संतुलन वक्र का अंत बिंदु है। एक उदाहरण द्रव -वाष्प क्रांतिक बिंदु है, दबाव-तापमान वक्र का अंतिम बिंदु जो उन स्थितियों को निर्दिष्ट करता है जिसके अनुसार एक द्रव और इसका वाष्प एक साथ में हो सकता है। उच्च तापमान पर, गैस को अकेले दबाव से द्रवित नहीं किया जा सकता है। क्रांतिक बिंदु पर, एक क्रांतिक तापमान Tc और एक क्रांतिक दबाव pc द्वारा परिभाषित, चरण सीमाएं शून्य हो जाती हैं। अन्य उदाहरणों में मिश्रण के द्रव-द्रव क्रांतिक बिंदु और बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में फेरोमैग्नेट-पैरामैग्नेट संक्रमण (क्यूरी तापमान ) सम्मिलित हैं।

द्रव -वाष्प क्रांतिक बिंदु

अवलोकन

दबाव-तापमान चरण आरेख में द्रव-वाष्प क्रांतिक बिंदु द्रव -गैस चरण सीमा के उच्च तापमान तीव्र पर है। धराशायी हरी रेखा पानी के विषम व्यवहार को दर्शाती है।

सहजता और स्पष्टता के लिए, विशेष उदाहरण, वाष्प-द्रव क्रांतिक बिंदु पर चर्चा करके क्रांतिक बिंदु की सामान्य धारणा को सर्वोत्तम रूप से पेश किया जाता है। यह खोजा जाने वाला पहला क्रांतिक बिंदु था, और यह अभी भी सबसे अच्छा ज्ञात और सबसे अधिक अध्ययन किया जाने वाला बिंदु है।

दाईं ओर की आकृति एक शुद्ध पदार्थ का योजनाबद्ध PT आरेख दिखाता है (मिश्रण के विपरीत, जिसमें अतिरिक्त अवस्था चर और समृद्ध चरण आरेख हैं, नीचे चर्चा की गई है)। सामान्यतः ज्ञात चरण (पदार्थ) ठोस, द्रव और वाष्प को चरण सीमाओं से अलग किया जाता है, अर्थात दबाव-तापमान संयोजन जहां दो चरण सह-अस्तित्व में हो सकते हैं। त्रिगुण बिंदु पर, तीनों चरण सह-अस्तित्व में हो सकते हैं। हालाँकि, द्रव -वाष्प सीमा कुछ क्रांतिक तापमान T_c और क्रांतिक दबाव p_c पर समापन बिंदु पर समाप्त होती है। यह क्रांतिक बिंदु है।

जल का क्रांतिक बिन्दु पर होता है 647.096 K (373.946 °C; 705.103 °F) और 22.064 megapascals (3,200.1 psi; 217.75 atm; 220.64 bar).

क्रांतिक बिंदु के आसपास के क्षेत्र में, द्रव और वाष्प के भौतिक गुण प्रभावशाली रूप से बदलते हैं, दोनों चरण और भी समान हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, सामान्य परिस्थितियों में द्रव पानी लगभग असम्पीडित होता है, कम तापीय विस्तार गुणांक होता है, उच्च अचालक निरंतर होता है, और विद्युत् अपघट्य के लिए एक उत्कृष्ट विलायक होता है। क्रांतिक बिंदु के पास, ये सभी गुण बिल्कुल विपरीत में बदल जाते हैं, पानी संपीडय,विस्तार योग्य, एक खराब अचालक, विद्युत् अपघट्य के लिए एक खराब विलायक बन जाता है,और गैर-ध्रुवीय गैसों और कार्बनिक अणुओं के साथ अधिक आसानी से मिश्रित हो जाता है।

क्रांतिक बिंदु पर, केवल एक चरण मौजूद होता है। वाष्पीकरण की ऊष्मा शून्य होती है। एक PV आरेख पर स्थिर-तापमान रेखा (क्रांतिक समताप रेखा ) में एक स्थिर बिंदु विभक्ति बिंदु है। इसका मतलब है कि क्रांतिक बिंदु पर:

$\left({\frac {\partial p}{\partial V}}\right)_{T}=0,$

$\left({\frac {\partial ^{2}p}{\partial V^{2}}}\right)_{T}=0.$

एक गैस की समताप रेखाएँ। लाल रेखा क्रांतिक बिंदु K के साथ क्रांतिक समताप रेखा है। असतत रेखा समताप रेखा के कुछ हिस्सों का प्रतिनिधित्व करती हैं जो निषिद्ध हैं क्योंकि प्रवणता सकारात्मक होगा, इस क्षेत्र में गैस को एक नकारात्मक संपीड्यता प्रदान करेगा।

क्रांतिक बिंदु के ऊपर पदार्थ की एक अवस्था मौजूद होती है जो द्रव और गैसीय अवस्था दोनों के साथ लगातार जुड़ी रहती है (बिना चरण संक्रमण के परिवर्तित की जा सकती है)। इसे अतिक्रांतिक द्रव कहते हैं। सामान्य पाठ्यपुस्तक ज्ञान कि द्रव और वाष्प के बीच सभी अंतर क्रांतिक बिंदु से परे गायब हो जाते हैं, फिशर और विडोम द्वारा चुनौती दी गई है, जिन्होंने एक p–T प्रणाली की पहचान की जो अलग-अलग स्पर्शोन्मुख सांख्यिकीय गुणों (फिशर-विडम प्रणाली) के साथ अवस्थाओ को अलग करती है।

कभी-कभी क्रांतिक बिंदु अधिकांश ऊष्मप्रवैगिकी या यांत्रिक गुणों में प्रकट नहीं होता है, लेकिन छिपा हुआ है और प्रत्यास्थता मापांक में असमांगता की शुरुआत में स्वयं को प्रकट करता है, गैर-संबंध बूंदों की उपस्थिति और स्थानीय गुणों में चिह्नित परिवर्तन, और दोष जोड़ी एकाग्रता में अचानक वृद्धि .

इतिहास

अतिक्रांतिक से क्रांतिक तापमान तक ठंडा करने के दौरान क्रांतिक कार्बन डाइआक्साइड कोहरे से बाहर निकलता है।

एक क्रांतिक बिंदु के अस्तित्व की खोज सबसे पहले 1822 में चार्ल्स कैग्नियार्ड डे ला टूर ने की थी और 1860 में दिमित्री मेंडेलीव द्वारा नामित और 1869 में थॉमस एंड्रयूज (वैज्ञानिक) । कैग्नियार्ड ने दिखाया कि CO₂ 73 atm के दबाव पर 31 °C पर द्रवित किया जा सकता है, लेकिन थोड़े अधिक तापमान पर नहीं, यहां तक ​​कि 3000 atm के उच्च दबाव में भी।

सिद्धांत

उपरोक्त स्थिति को हल करना $(\partial p/\partial V)_{T}=0$ वैन डेर वाल्स समीकरण के लिए, कोई क्रांतिक बिंदु की गणना कर सकता है

$T_{\text{c}}={\frac {8a}{27Rb}},\quad V_{\text{c}}=3nb,\quad p_{\text{c}}={\frac {a}{27b^{2}}}.$

हालांकि, वैन डेर वाल्स समीकरण, माध्य-क्षेत्र सिद्धांत पर आधारित, क्रांतिक बिंदु के निकट नहीं है। विशेष रूप से, यह गलत प्रवर्धन कानूनो की भविष्यवाणी करता है।

क्रांतिक बिंदु के पास द्रव पदार्थों के गुणों का विश्लेषण करने के लिए, कम हुए अवस्था चर को कभी-कभी क्रांतिक गुणों के सापेक्ष परिभाषित किया जाता है

$T_{\text{r}}={\frac {T}{T_{\text{c}}}},\quad p_{\text{r}}={\frac {p}{p_{\text{c}}}},\quad V_{\text{r}}={\frac {V}{RT_{\text{c}}/p_{\text{c}}}}.$

संबंधित आवस्थाओ के प्रमेय से संकेत मिलता है कि समान कम दबाव और तापमान पर पदार्थों में समान मात्रा में कमी होती है। यह संबंध कई पदार्थों के लिए लगभग सही है, लेकिन p_r के बड़े मूल्यों के लिए तेजी से गलत हो जाता है।

कुछ गैसों के लिए, एक अतिरिक्त संशोधन गुणक है, जिसे न्यूटन का संशोधन कहा जाता है, इस तरीके से गणना किए गए क्रांतिक तापमान और क्रांतिक दबाव में जोड़ा जाता है। ये आनुभविक रूप से व्युत्पन्न मूल्य हैं और स्वार्थ की दबाव सीमा के साथ भिन्न होते हैं।

चयनित पदार्थों के लिए द्रव -वाष्प क्रांतिक तापमान और दबाव की तालिका

See also: तत्वों के महत्वपूर्ण बिंदु (डेटा पृष्ठ)

पदार्थ	क्रांतिक तापमान	क्रांतिक दबाव (पूर्ण)
आर्गन	−122.4 °C (150.8 K)	48.1 atm (4,870 kPa)
अमोनिया (NH3)	132.4 °C (405.5 K)	111.3 atm (11,280 kPa)
R-134a	101.06 °C (374.21 K)	40.06 atm (4,059 kPa)
R-410A	72.8 °C (345.9 K)	47.08 atm (4,770 kPa)
ब्रोमिन	310.8 °C (584.0 K)	102 atm (10,300 kPa)
सीज़ियम	1,664.85 °C (1,938.00 K)	94 atm (9,500 kPa)
क्लोरीन	143.8 °C (416.9 K)	76.0 atm (7,700 kPa)
एथेन (C2H6)	31.17 °C (304.32 K)	48.077 atm (4,871.4 kPa)
एथेनॉल (C2H5OH)	241 °C (514 K)	62.18 atm (6,300 kPa)
फ्लोरीन	−128.85 °C (144.30 K)	51.5 atm (5,220 kPa)
हीलियम	−267.96 °C (5.19 K)	2.24 atm (227 kPa)
हाइड्रोजन	−239.95 °C (33.20 K)	12.8 atm (1,300 kPa)
क्रिप्टन	−63.8 °C (209.3 K)	54.3 atm (5,500 kPa)
मेथेन (CH4)	−82.3 °C (190.8 K)	45.79 atm (4,640 kPa)
नियॉन	−228.75 °C (44.40 K)	27.2 atm (2,760 kPa)
नाइट्रोजन	−146.9 °C (126.2 K)	33.5 atm (3,390 kPa)
ऑक्सीजन (O2)	−118.6 °C (154.6 K)	49.8 atm (5,050 kPa)
कार्बन डाइऑक्साइड (CO2)	31.04 °C (304.19 K)	72.8 atm (7,380 kPa)
नाइट्रस ऑक्साइड (N2O)	36.4 °C (309.5 K)	71.5 atm (7,240 kPa)
सल्फ़्यूरिक अम्ल (H2SO4)	654 °C (927 K)	45.4 atm (4,600 kPa)
जीनॉन	16.6 °C (289.8 K)	57.6 atm (5,840 kPa)
लीथियम	2,950 °C (3,220 K)	652 atm (66,100 kPa)
मरक्युरी	1,476.9 °C (1,750.1 K)	1,720 atm (174,000 kPa)
सल्फर	1,040.85 °C (1,314.00 K)	207 atm (21,000 kPa)
आयरन	8,227 °C (8,500 K)
गोल्ड	6,977 °C (7,250 K)	5,000 atm (510,000 kPa)
ऐल्युमीनियम	7,577 °C (7,850 K)
पानी (H2O)	373.946 °C (647.096 K)	217.7 atm (22,060 kPa)

मिश्रण, द्रव -द्रव क्रांतिक बिंदु

विशिष्ट बहुलक विलयन चरण व्यवहार का एक प्लाट जिसमें दो क्रांतिक बिंदु सम्मिलित हैं: एक LCST और एक UCST एक

विलयन का द्रव-द्रव क्रांतिक बिंदु, जो क्रांतिक विलयन तापमान पर होता है, चरण आरेख के दो-चरण क्षेत्र की सीमा पर होता है। दूसरे शब्दों में, यह वह बिंदु है जिस पर कुछ ऊष्मप्रवैगिकी चर (जैसे तापमान या दबाव) में एक अतिसूक्ष्म परिवर्तन मिश्रण को दो अलग-अलग द्रव चरणों में अलग करता है, जैसा कि बहुलक-विलायक चरण आरेख में दाईं ओर दिखाया गया है। दो प्रकार के द्रव-द्रव क्रांतिक बिंदु ऊपरी क्रांतिक विलयन तापमान (UCST) हैं, जो सबसे गर्म बिंदु है जिस पर शीतलन चरण पृथक्करण को प्रेरित करता है, और निचला क्रांतिक विलयन तापमान (LCST), जो सबसे ठंडा बिंदु है जिस पर ताप चरण को प्रेरित करता है।

गणितीय परिभाषा

एक सैद्धांतिक दृष्टिकोण से, द्रव-द्रव क्रांतिक बिंदु स्पिनोडल वक्र के तापमान-एकाग्रता चरम का प्रतिनिधित्व करता है (जैसा कि चित्र में दाईं ओर देखा जा सकता है)। इस प्रकार, दो-घटक प्रणाली में द्रव-द्रव क्रांतिक बिंदु को दो स्थितियों को पूरा करना चाहिए, स्पिनोडल वक्र की स्थिति (गठन के संबंध में मुक्त ऊर्जा का दूसरा व्युत्पन्न शून्य के बराबर होना चाहिए), और चरम स्थिति (एकाग्रता के संबंध में मुक्त ऊर्जा का तीसरा व्युत्पन्न भी शून्य के बराबर होना चाहिए) एकाग्रता के संबंध में शून्य के बराबर होना चाहिए।

यह भी देखें

• अनुरूप क्षेत्र सिद्धांत
• गंभीर प्रतिपादक
• महत्वपूर्ण घटनाएं (अधिक उन्नत लेख)
• तत्वों के महत्वपूर्ण बिंदु (डेटा पृष्ठ)
• क्यूरी बिंदु
• जॉबबैक विधि , क्लिंसविक्ज़ विधि , लिडरसन विधि (आणविक संरचना से महत्वपूर्ण तापमान, दबाव और आयतन का अनुमान)
• तरल-तरल महत्वपूर्ण बिंदु
• कम महत्वपूर्ण समाधान तापमान
• नील बिंदु
• परकोलेशन दहलीज
• चरण संक्रमण
• रशब्रुक असमानता
• स्केल इनवेरियन
• स्व-संगठित आलोचना
• सुपरक्रिटिकल द्रव, सुपरक्रिटिकल सुखाने , सुपरक्रिटिकल जल ऑक्सीकरण , सुपरक्रिटिकल द्रव निष्कर्षण
• ट्राइक्रिटिकल पॉइंट
• तीन बिंदु
• ऊपरी महत्वपूर्ण समाधान तापमान
• विडोम स्केलिंग

आगे की पढाई

• "Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam" (PDF). International Association for the Properties of Water and Steam. August 2007. Retrieved 2009-06-09.

• "Critical points for some common solvents". ProSciTech. Archived from the original on 2008-01-31.
• "Critical Temperature and Pressure". Department of Chemistry. Purdue University. Retrieved 2006-12-03.