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 स्थिति) एक चरण संतुलन वक्र का अंत बिंदु है। एक उदाहरणतरल -वाष्प क्रांतिक बिंदु है, दबाव-तापमान वक्र का अंतिम बिंदु जो उन स्थितियों को निर्दिष्ट करता है जिसके तहत एक तरल और इसका वाष्प सह-अस्तित्व 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 गायब हो जाती हैं। अन्य उदाहरणों में मिश्रण में तरल-तरल क्रांतिक बिंदु और बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में फेरोमैग्नेट-पैरामैग्नेट संक्रमण (क्यूरी तापमान ) शामिल हैं।

तरल-वाष्प क्रांतिक बिंदु

अवलोकन

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

सादगी और स्पष्टता के लिए, विशिष्ट उदाहरण, वाष्प-तरल 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, तरल 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, तरल-वाष्प सीमा कुछ क्रांतिक तापमान T_c और क्रांतिक दबाव p_c पर समापन बिंदु पर समाप्त होती है। यह क्रिटिकल 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, तरल और वाष्प के भौतिक गुण प्रभावशाली रूप से बदलते हैं, दोनों चरण और भी समान हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, सामान्य परिस्थितियों में तरल 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 इज़ोटेर्म है। धराशायी लाइनें इज़ोटेर्म के कुछ हिस्सों का प्रतिनिधित्व करती हैं जो निषिद्ध हैं क्योंकि ग्रेडिएंट सकारात्मक होगा, इस क्षेत्र में गैस को एक संपीड्यता # नकारात्मक संपीड्यता प्रदान करेगा।

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

कभी-कभी क्रांतिक बिंदु अधिकांश थर्मोडायनामिक या यांत्रिक गुणों में प्रकट नहीं होता है, लेकिन छिपा हुआ है और लोचदार मोडुली में असमानताओं की शुरुआत में खुद को प्रकट करता है, गैर-संबंध बूंदों की उपस्थिति और स्थानीय गुणों में चिह्नित परिवर्तन, और दोष जोड़ी एकाग्रता में अचानक वृद्धि .

इतिहास

सुपर क्रिटिकल से क्रिटिकल तापमान तक ठंडा करने के दौरान क्रिटिकल 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 सीओ₂ 73 एटीएम के दबाव पर 31 डिग्री सेल्सियस पर द्रवीभूत किया जा सकता है, लेकिन थोड़ा अधिक तापमान पर नहीं, यहां तक ​​कि 3000 एटीएम 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 स्केलिंग कानून ों की भविष्यवाणी करता है।

क्रांतिक बिंदु के पास तरल पदार्थों के गुणों का विश्लेषण करने के लिए, घटे हुए राज्य 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 राज्यों के प्रमेय से संकेत मिलता है कि समान कम दबाव और तापमान पर पदार्थों में समान मात्रा में कमी होती है। यह रिश्ता कई पदार्थों के लिए लगभग सही है, लेकिन पी के बड़े मूल्यों के लिए तेजी से गलत हो जाता है_r.

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

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

See also: Critical points of the elements (data page)

Substance	Critical temperature	Critical pressure (absolute)
Argon	−122.4 °C (150.8 K)	48.1 atm (4,870 kPa)
Ammonia (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)
Bromine	310.8 °C (584.0 K)	102 atm (10,300 kPa)
Caesium	1,664.85 °C (1,938.00 K)	94 atm (9,500 kPa)
Chlorine	143.8 °C (416.9 K)	76.0 atm (7,700 kPa)
Ethane (C2H6)	31.17 °C (304.32 K)	48.077 atm (4,871.4 kPa)
Ethanol (C2H5OH)	241 °C (514 K)	62.18 atm (6,300 kPa)
Fluorine	−128.85 °C (144.30 K)	51.5 atm (5,220 kPa)
Helium	−267.96 °C (5.19 K)	2.24 atm (227 kPa)
Hydrogen	−239.95 °C (33.20 K)	12.8 atm (1,300 kPa)
Krypton	−63.8 °C (209.3 K)	54.3 atm (5,500 kPa)
Methane (CH4)	−82.3 °C (190.8 K)	45.79 atm (4,640 kPa)
Neon	−228.75 °C (44.40 K)	27.2 atm (2,760 kPa)
Nitrogen	−146.9 °C (126.2 K)	33.5 atm (3,390 kPa)
Oxygen (O2)	−118.6 °C (154.6 K)	49.8 atm (5,050 kPa)
Carbon dioxide (CO2)	31.04 °C (304.19 K)	72.8 atm (7,380 kPa)
Nitrous oxide (N2O)	36.4 °C (309.5 K)	71.5 atm (7,240 kPa)
Sulfuric acid (H2SO4)	654 °C (927 K)	45.4 atm (4,600 kPa)
Xenon	16.6 °C (289.8 K)	57.6 atm (5,840 kPa)
Lithium	2,950 °C (3,220 K)	652 atm (66,100 kPa)
Mercury	1,476.9 °C (1,750.1 K)	1,720 atm (174,000 kPa)
Sulfur	1,040.85 °C (1,314.00 K)	207 atm (21,000 kPa)
Iron	8,227 °C (8,500 K)
Gold	6,977 °C (7,250 K)	5,000 atm (510,000 kPa)
Aluminium	7,577 °C (7,850 K)
Water (H2O)	373.946 °C (647.096 K)	217.7 atm (22,060 kPa)

मिश्रण: तरल-तरल क्रांतिक बिंदु

ठेठ बहुलक समाधान चरण व्यवहार की एक साजिश जिसमें दो क्रांतिक बिंदु शामिल हैं: एक एलसीएसटी और एक ऊपरी क्रांतिक समाधान तापमान

समाधान का तरल-तरल क्रांतिक बिंदु, जो क्रांतिक समाधान 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 थर्मोडायनामिक चर (जैसे तापमान या दबाव) में एक अतिसूक्ष्म परिवर्तन मिश्रण को दो अलग-अलग तरल चरणों में अलग करता है, जैसा कि बहुलक-विलायक चरण आरेख में दाईं ओर दिखाया गया है। दो प्रकार के तरल-तरल क्रांतिक बिंदु ऊपरी क्रांतिक समाधान तापमान (UCST) हैं, जो सबसे गर्म बिंदु है जिस पर शीतलन चरण पृथक्करण को प्रेरित करता है, और निचला क्रांतिक समाधान तापमान (LCST), जो सबसे ठंडा बिंदु है जिस पर हीटिंग चरण को प्रेरित करता है। जुदाई।

गणितीय परिभाषा

एक सैद्धांतिक दृष्टिकोण से, तरल-तरल 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 तरल-तरल क्रांतिक बिंदु को दो स्थितियों को पूरा करना चाहिए: स्पिनोडल वक्र की स्थिति (गठन के संबंध में गिब्स मुक्त ऊर्जा का दूसरा व्युत्पन्न शून्य के बराबर होना चाहिए), और चरम स्थिति (तीसरा) एकाग्रता के संबंध में मुक्त ऊर्जा का व्युत्पन्न भी शून्य के बराबर होना चाहिए या एकाग्रता के संबंध में स्पिनोडल तापमान का व्युत्पन्न 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

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• भाप
• चरण (मामला)
• तीन बिंदु
• पारद्युतिक स्थिरांक
• वाष्पीकरण का ताप
• संक्रमण का बिन्दु
• कोहरा
• कम क्रांतिक समाधान तापमान

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.