Temperatura critica

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Disambiguazione – Se stai cercando il concetto relativo alla superconduttività e ai superconduttori, vedi Temperatura critica (superconduttori).
Un tipico diagramma delle fasi. La linea verde tratteggiata è caratteristica del comportamento anomalo di alcune sostanze come l'acqua

In chimica fisica si parla di temperatura critica in differenti ambiti; nel caso della transizione di fluidi si definisce critica la temperatura al di sopra della quale una sostanza non può esistere allo stato liquido. Nel caso della transizione superconduttiva si definisce critica la temperatura al di sotto della quale il materiale diviene superconduttore.

Più in generale si può chiamare temperatura critica quella temperatura alla quale avviene una transizione di fase.

Il caso dei fluidi

Come già detto, nel caso dei fluidi, si definisce temperatura critica la temperatura al di sopra della quale una sostanza non può esistere allo stato liquido, neanche essendo sottoposta a compressione. Definita per la sostanza allo stato gassoso l'equazione di stato di van der Waals:

e tracciate sul diagramma di Clapeyron (p − V) le curve corrispondenti alle temperature costanti, si ottiene che esse sono decrescenti per valori superiori a una data Tc, mentre al di sotto di questa non sono monotone. Evidentemente quelle inferiori non possono descrivere bene il comportamento del gas, ammettendo compressioni isoterme con diminuzione della pressione. Per cui nell'area sottostante la curva Tc la sostanza si presenta anche in forme non gassose (ovvero in forma liquida, o in una coesistenza delle due fasi), e il grafico sperimentale non corrisponde a quello di van Der Waals.

Dalla Tc in su invece la sostanza esiste solo sotto forma di gas, e pertanto la temperatura detta è quella critica.

Si ricava che:

Temperatura ridotta

Il rapporto tra la temperatura e la temperatura critica prende il nome di temperatura ridotta ed è una quantità adimensionale.

La temperatura ridotta è utilizzata dal teorema degli stati corrispondenti per il calcolo del fattore di comprimibilità di un gas o di una miscela gassosa.

Tabella delle temperature e delle pressioni critiche di alcune sostanze

Sostanza[1][2] Temperatura critica (°C) Temperatura critica (K) Pressione critica (atm) Pressione critica (MPa)
Argon −122,4 150,8 48,1 4,870
Bromo 310,8 584 102 10,340
Cloro 143,8 417 76,0 7,700
Fluoro −128,85 144,3 51,5 5,220
Elio −267,96 5,19 2,24 0,227
Idrogeno −239,95 33,2 12,8 1,297
Kripton −63,8 209,4 54,3 5,500
Neon −228,75 44,4 27,2 2,760
Azoto -146,95 126,2 33,5 3,390
Ossigeno -118,55 154,6 49,8 5,050
CO2 30,95 304,1 72,8 7,377
Xeno 16,55 289,7 57,6 5,840
Litio 2 949,85 3223 65,2 6,700
Mercurio 1 476,9 1 750 1 587 172
Ferro 8 227 8 500
Oro 6 977 7 250 5 000 530
Alluminio 7 577 7 850
Tungsteno 15 227 15 500
Acqua[3][4] 373,936 647,096 217,7 22,059

Note

  1. ^ John Emsley, The Elements, (Second Edition), Oxford University Press, 1991, ISBN 0-19-855818-X.
  2. ^ Yunus A. Cengel e Michael A. Boles, Thermodynamics: An Engineering Approach, 4ª ed., McGraw-Hill, 2002, p. 824, ISBN 0-07-238332-1.
  3. ^ (EN) Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam (PDF), su Erlangen, Germany, International Association for the Properties of Water and Steam, settembre 1997. URL consultato il 3 dicembre 2006 (archiviato dall'url originale il 31 dicembre 2006).
  4. ^ (EN) Critical Temperature and Pressure, su chem.purdue.edu, Purdue University. URL consultato il 19 dicembre 2006.

Voci correlate

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