Etanın kritik noktası

Kritik nokta, termodinamikte bir faz denge eğrisinin son noktasıdır. Bunun en bilinen örneklerinden biri, bir sıvı ile buharının birlikte var olabildiği koşulları gösteren basınç–sıcaklık eğrisinin son noktası olan sıvı–buhar kritik noktasıdır. Daha yüksek sıcaklıklarda gaz, süperkritik faza geçer ve bu nedenle yalnızca basınç uygulanarak sıvılaştırılamaz. Kritik sıcaklık (Tc) ve kritik basınç (pc) ile tanımlanan kritik noktada faz sınırları ortadan kalkar. Diğer örnekler arasında karışımlardaki sıvı–sıvı kritik noktaları ile, dış bir manyetik alanın bulunmadığı durumda gözlenen ferromanyetik–paramanyetik geçiş (Curie sıcaklığı) yer alır.

Sıvı-buhar kritik noktası

Tarihçe

Kritik noktanın varlığı ilk kez 1822 yılında Charles Cagniard de la Tour tarafından keşfedildi. Daha sonra bu olguya 1860 yılında Dmitri Mendeleev ve 1869 yılında Thomas Andrews tarafından “kritik nokta” adı verildi. Cagniard de la Tour, karbondioksitin (CO₂) 73 atm basınç altında 31 °C'de sıvılaştırılabildiğini gösterdi. Ancak sıcaklık bu değerin biraz üzerine çıktığında, basınç 3000 atm gibi son derece yüksek değerlere çıkarılsa bile CO₂'nin sıvılaştırılamadığını gözlemledi. Bu deney, her maddenin üzerinde sıvı ve gaz fazları arasındaki ayrımın ortadan kalktığı bir kritik sıcaklığa sahip olduğunu ortaya koydu. Bu sıcaklığın üzerinde madde artık yalnızca basınç uygulanarak sıvılaştırılamaz ve süperkritik akışkan davranışı gösterir.

Teori

Yukarıdaki ( ∂ p / ∂ V ) T = 0 {\displaystyle (\partial p/\partial V)_{T}=0} koşulu Van der Waals denklemi için çözüldüğünde, kritik noktanın koordinatları şu şekilde elde edilir:

T c = 8 a 27 R b , V c = 3 n b , p c = a 27 b 2 . {\displaystyle T_{\text{c}}={\frac {8a}{27Rb}},\quad V_{\text{c}}=3nb,\quad p_{\text{c}}={\frac {a}{27b^{2}}}.}

Bununla birlikte, ortalama alan teorisine (mean-field theory) dayanan Van der Waals denklemi kritik noktanın yakınlarında geçerliliğini yitirir. Özellikle, sistemin kritik bölgedeki davranışını tanımlayan üstel yasalarını doğru biçimde öngöremez.

Kaynakça

  1. ^ Stanley, H. Eugene (1987). Introduction to phase transitions and critical phenomena. New York: Oxford University Press. ISBN 0-19-505316-8. OCLC 15696711. 
  2. ^ Charles Cagniard de la Tour (1822). "Exposé de quelques résultats obtenu par l'action combinée de la chaleur et de la compression sur certains liquides, tels que l'eau, l'alcool, l'éther sulfurique et l'essence de pétrole rectifiée" [Presentation of some results obtained by the combined action of heat and compression on certain liquids, such as water, alcohol, sulfuric ether (i.e., diethyl ether), and distilled petroleum spirit]. Annales de Chimie et de Physique (Fransızca). 21: 127-132. 
  3. ^ a b Berche, B., Henkel, M., Kenna, R (2009) Critical phenomena: 150 years since Cagniard de la Tour. Journal of Physical Studies 13 (3), pp. 3001-1–3001-4.
  4. ^ Mendeleev called the critical point the "absolute temperature of boiling" (Rusça: абсолютная температура кипения; Almanca: absolute Siedetemperatur).
    • Менделеев, Д. (1861). "О расширении жидкостей от нагревания выше температуры кипения" [On the expansion of liquids from heating above the temperature of boiling]. Горный Журнал [Mining Journal] (Rusça). 4: 141-152.  The "absolute temperature of boiling" is defined on p. 151. Available at Wikimedia 30 Eylül 2024 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
    • German translation: Mendelejeff, D. (1861). "Ueber die Ausdehnung der Flüssigkeiten beim Erwärmen über ihren Siedepunkt" [On the expansion of fluids during heating above their boiling point]. Annalen der Chemie und Pharmacie (Almanca). 119: 1-11. doi:10.1002/jlac.18611190102. 22 Şubat 2025 tarihinde kaynağından arşivlendi18 Haziran 2026.  The "absolute temperature of boiling" is defined on p. 11: "Almanca: Als absolute Siedetemperatur müssen wir den Punkt betrachten, bei welchem 1) die Cohäsion der Flüssigkeit = 0° ist und a2 = 0, bei welcher 2) die latente Verdamfungswärme auch = 0 ist und bei welcher sich 3) die Flüssigkeit in Dampf verwandelt, unabhängig von Druck und Volum." (As the "absolute temperature of boiling" we must regard the point at which (1) the cohesion of the liquid equals 0° and a2 = 0 [where a2 is the coefficient of capillarity, p. 6], at which (2) the latent heat of vaporization also equals zero, and at which (3) the liquid is transformed into vapor, independently of the pressure and the volume.)
    • In 1870, Mendeleev asserted, against Thomas Andrews, his priority regarding the definition of the critical point: Mendelejeff, D. (1870). "Bemerkungen zu den Untersuchungen von Andrews über die Compressibilität der Kohlensäure" [Comments on Andrews' investigations into the compressibility of carbon dioxide]. Annalen der Physik. 2nd series (Almanca). 141 (12): 618-626. Bibcode:1870AnP...217..618M. doi:10.1002/andp.18702171218. 3 Kasım 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi18 Haziran 2026. 
  5. ^ Landau, Lifshitz, Theoretical Physics, Vol. V: Statistical Physics, Ch. 83 [German edition 1984].
  6. ^ Andrews, Thomas (1869). "The Bakerian lecture: On the continuity of the gaseous and liquid states of matter"Ücretli abonelik gerekli. Philosophical Transactions of the Royal Society. Londra. 159: 575-590. doi:10.1098/rstl.1869.0021. 18 Kasım 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi18 Haziran 2026.  The term "critical point" appears on page 588.
  7. ^ P. Atkins and J. de Paula, Physical Chemistry, 8th ed. (W. H. Freeman 2006), p. 21.

Dış bağlantılar