Science 版 (精华区)

发信人: emacs (被淹死的鱼), 信区: Science
标  题: 《新疆域》超临界
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年06月15日15:53:31 星期六), 站内信件


                           超临界

    问：既非液体又非气体，但又兼有两者的一些性质，这是何物？

    答：“超临界液体”，现在科学家正在学会如何很好地应用它。

    在通常情况下，液体与气体全然不一样。液体具有固定的体积；
你可以在一个容器中注入一半的液体。但是，气体却没有固定的体积；
它总是会充满整个容器。

    液体能够溶解固体和其他液体，但气体却不能。

    液体的密度远比气体大，液态水的密度约是气态水（水蒸气）的
1250倍。换句话说，1夸脱（译者注：夸脱，英美制液量单位。1夸脱
约合1.136升（英）或0.946升（美））水的重量约是1夸脱水蒸气的
1250倍。

    通过加热，你可以把液体变为气体。当你把水不断加热，最终会
使它达到沸点，并且化为蒸气蒸发掉。在海平面的正常条件下，水的
沸点是100℃。

    不过，如果你想不让水在100℃沸腾的话，你必须对它加压，目的
是压住水分子——姑且这么说吧！当温度继续上升时，为了使水不沸
腾，你必须施加越来越大的压力。最后，当温度足够高时，再高的压
力也不能阻止它沸腾了。

    无论压力多大，只要达到某个温度以上，液体就会沸腾，这个温
度被称作“临界温度”。水的临界温度是374.2℃。当在临界温度时，
恰好还能使水保持液态的那个压力，被称作水的“临界压力”。它大
约是标准大气压的218.3倍。

    当温度与压力高于上述数值时，就能得到“超临界水”。与水蒸
气相似，它没有固定体积并能充满任何容器。然而，它的密度远比水
蒸气高，事实上是液态水密度的三分之一。而它最令人惊奇的性质是，
它能像液态水一样溶解物质。

    每一种液体都有它自己的临界温度和压力，其中有比水高的，也
有比水低的。这一现象是在1869年首先由爱尔兰化学家托马斯·安德
鲁斯（Thomas Andrews）发现的。例如，二氧化碳的临界温度是31℃，
临界压力是72.85标准大气压。氢的临界温度是-204℃，临界压力是
12.8标准大气压。

    当然，在地球表面的普通情况下，自然界中不可能存在超临界液
体。但是，超临界液体会在行星中心存在，那里的温度与压力已经足
够高。例如，巨行星木星的内层是由大量超临界氢所组成的，其温度
高达几万摄氏度。

    在实验室中，科学家已经能够产生足够高的温度和压力，以至形
成超临界液体，美国缅因大学的化学工程师埃尔多安·希兰（Erdogan
Kiran）设计了一个钢罐，其中的压力可高达1000标准大气压，同时温
度也可以足够高，从而生成超临界液体。通过由一种透明的、坚硬的
合成物所制造的一个半英寸厚的窗口，你甚至可以观察到物质在超临
界液体中溶解的现象。

    有些物质比另一些物质更加容易在超临界液体中溶解，这跟普通
液体是类似的。因而，可以利用超临界液体把一种复杂混合物中的某
部分物质提炼出来，而把其余的物质留下。不过，如果超临界液体太
热，它所溶解的物质的分子就会遭到破坏，甚至留下的物质的分子也
会被破坏。

    超临界水肯定太热，不能用它提取物质而又不破坏那些物质，特
别是那些“有机物”，它们的分子巨大并且很不牢固。这样说来，为
什么不用超临界二氧化碳呢？它的临界温度低得多，而且达到超临界
状态所需的压力也比较小。

    在德国，超临界二氧化碳已被用来从咖啡豆中提取咖啡因。这时，
超临界二氧化碳刚巧只能把咖啡因提取出来，其余物质原封不动。

    普通的液体溶剂会把其他物质成分连同咖啡因一起提炼出来。此
外，还可能会留下微量的普通溶剂，长期使用也许是有害的。

    然而，当把超临界二氧化碳（里面溶有咖啡因）去掉后，不再留
下任何东西。最后，当把压力解除后，任何留下的超临界液体都会转
化为气体消失掉。这样制成的脱去咖啡因的咖啡就会保持原味。

    可以预计，超临界液体可被用来完成其他提炼过程，而且高效无
害。或许可以把土豆片中的油提炼出来，留下低热量的土豆，并且不
损害它的味道。鱼的腥味可能是由鱼油引起的，也可以把这种油去掉，
而不改变它的营养成分。超临界液体还可望用于药品提纯，以及应用
于对蛋白质、核酸和其他复杂分子的研究工作。


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