【种花家务·物理】2-7-12临界温度『数理化自学丛书6677版』
【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。
【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。
第七章物态的变化
【山话|| 本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳；热量的单位卡路里等于4.186焦耳。另外这套老教材中的力的单位常用公斤，如今是不允许的，力是不能使用公斤为单位的。】
§7-12临界温度
【01】还在十九世纪初，科学家们就进行了气体液化的研究，他们从实验着手，用降低温度加大压强的方法来使气态物质变成液体。图7·23所示的是英国科学家法拉第当初用来液化氯的装置。在曲管 A 端放进干燥的氯的水化物，将管封闭，对它进行加热，就有气态的氯放出；将曲管 B 端放在冷却剂中，就可以得到液态的氯。在法拉第液化氯的实验的同时，许多科学家都对液化气体进行了研究，他们几乎液化了当时所了解的各种气体。但是氧、氮、氢、一氧化碳、一氧化氮和甲烷等六种气体，即使在 3000 大气压和－110°C 的情况下，也还不能液化，于是人们以为这些气体是永远不能液化的，而把它们称作永久气体。
【02】从实验中观察到：当封闭的容器内贮有一定量的液体时，一部分液体就要蒸发，并在液体上面的空间出现饱和汽。汽的压强跟密度和温度有关。在同一温度时，汽的密度通常要比液体的密度小得多。当温度上升时，液体的密度减小，而饱和汽压和汽密度都增大。表7·8分别列出了不同温度时，水与饱和水汽的密度。图7·24表示同一数据的图线。
【03】从表上可以看到，在每一温度下可以有两种状态——气态和液态同时存在。例如，在 150℃ 时水的密度是 0.92 克/厘米³，汽的密度是 0.00254 克/厘米³。从表中还可以看到，温度越高，液体的密度越小，而它的饱和汽的密度越大，因而它们之间的差别也越小。当温度达到 374°C 时，水和水汽的密度相等。也就是说，这时水和水汽已经没有区别了，水不再以两种状态存在，而只能以气体状态存在。
【04】液体的密度和它的饱和汽的密度相等时的状态，叫做物质的临界状态，这时的温度叫临界温度，这时的压强叫临界压强。从图7·24(a)可以看到蒸汽和液体的密度逐渐接近。在图7·24(b)中，字母 tK 表示临界温度。
【05】在实验室里，可以用图7·25的装置来观察乙醚的临界状态。在一个坚固的小玻璃管里装上约占容积 2/5 的乙醚，将管里空气驱逐干净后，封上玻璃管，并将它悬挂在一个前面开着窗孔的小铁箱里。对铁箱加热，使液体温度升高。在开始时，管里液汽的分界面很清楚，成凹月形，温度逐渐上升，液体体积渐渐增大使液面上升，凹月面渐渐拉平，同时汽的密度也在不断地增大。当温度升高到某一程度时，分界面消失，表面张力等于零，这一温度就是乙醚的临界温度。如果这时停止加热，让它渐渐地冷却下来，乙醚的状态将沿相反的过程进行。当温度降到临界温度以下时，分界面又重新出现。图7·26中(a)到(e)表示了乙醚在加热和冷却时液面的变化。
【06】临界温度的存在意味着什么呢？在温度比临界温度高时，物质处于什么状态呢？
【07】门捷列夫在 1860 年首先指出了临界温度的存在，接着科学家恩德留斯又作出了解释：当温度高于临界温度时，物质只能处于气态。这时物质不可能有两种状态，因为分子的热运动很剧烈，速度很大，使分子不能相互接近而成液态。如果用压力把在临界温度以上的气态物质的体积减小，它的压强将增大，但是它不会变成饱和汽和液化。只有当温度降到临界温度以下，气体分子的热运动状态才有可能转变为液体分子的热运动状态，因此气体和液体两种状态才可能并存。
【08】了解临界温度以后，就能够解释上述六种气体不能液化的原因了，原来这是因为各种物质有不同的临界温度。水、氯、氨和二氧化碳等的临界温度较高，所以在室温下，增加压强就可以使它们液化。但是有一些物质如氢、氮、氧与氦等的临界温度则很低。要使它们变成液体，必须先使它们的温度冷却到临界温度以下，然后用加大压强或减小体积的方法使它们液化。这也就是说它们并不是永久气体，只要使温度下降到它们的临界温度以下，它们也是能被液化的。因此可以得到这样的结论：所有的气体都能够被液化，但只是由于临界温度不同而液化的难易程度也不同。表7-9表示各种物质的临界温度和临界压强。
