水是我們?nèi)粘I钪须S處可見但是不可或缺的資源,小到洗菜煮飯,抽水馬桶,大到工業(yè)生產(chǎn),遠(yuǎn)洋航行都離不開水。
液態(tài)水是我們最常見的水資源形式之一,冬天的時(shí)候北方人能夠見到冰雪,這類水的固態(tài)形式,燒水時(shí)我們能夠見到水的氣態(tài)——水蒸氣。但是你可能不知道,除了這三種狀態(tài),水還有一種狀態(tài),處在這種狀態(tài)的水,其性質(zhì)不同于前面三種狀態(tài)那么柔和,這類水被稱為超臨界水。
中華民族自誕生以來(lái)就一直和水打著交道,從漢字最開始誕生時(shí),水的寫法就已經(jīng)基本定型。而古代神話之中關(guān)于水的故事更是數(shù)不勝數(shù),從精衛(wèi)填海到大禹治水,再到古代民間故事水淹七軍等等,都表明了人們對(duì)水有著一種特殊的情感。
作為生命的起源地同時(shí)也是生命之源的水,自然被重點(diǎn)研究過(guò),而超臨界水正是在研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的。
其實(shí)相對(duì)于其他實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)苛條件,形成超臨界水的條件便顯得不那么嚴(yán)格。首先是溫度,達(dá)到超臨界水的溫度大約是4倍于液態(tài)水的沸點(diǎn),準(zhǔn)確的來(lái)說(shuō)是374℃,這里可能有人會(huì)想,都已經(jīng)三百多攝氏度了,這水不早就變成氣態(tài)了嗎?其實(shí)并不是這樣。
374℃的水為什么不變成氣態(tài)?
回答這個(gè)問(wèn)題前,我們要先了解一張神奇的圖,這張圖可以幫助你分辨清物質(zhì)在哪些條件下變成什么狀態(tài),這張神奇的圖就是相圖。
在上面的這張相圖里,通過(guò)圖示我們很容易的就能知道決定水三態(tài)的條件并不只有溫度,還有壓強(qiáng)。
大家可能知道這樣一個(gè)常識(shí),就是海拔越高的地方其氣壓就會(huì)越低,這就直接影響了水的狀態(tài)點(diǎn),在青藏高原上(平均海拔約為4000米)水的沸點(diǎn)大約為85℃,而如果在世界第一高峰珠穆朗瑪峰上燒水,其沸點(diǎn)只有73.5℃左右。
既然這樣,形成超臨界水所需要的氣壓是多少呢?答案是225個(gè)大氣壓。超臨界水既不是液體也不是氣體,這類“三不像”的水擁有著多種令人驚訝的性質(zhì)。
超臨界水的性質(zhì)
第一點(diǎn)是超臨界水具有極強(qiáng)的氧化能力,超臨界水氧化反應(yīng)性極強(qiáng),安全、簡(jiǎn)單、清潔,經(jīng)濟(jì)地分解含有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的廢水、污泥,且可回收資源,是減輕環(huán)境污染負(fù)荷及廢物資源化的技術(shù)之一。在環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重的今天,超臨界水不失為一種好的處理污染物質(zhì)的試劑。
第二點(diǎn)是水變成超臨界狀態(tài)后,很多物質(zhì)都可以在水中燃燒,并且冒出火焰。
三是超臨界水可以溶解掉很多物質(zhì)(比如油等難溶于水的物質(zhì)),并且在溶解時(shí)體積會(huì)極大的縮小,有很多科研人員正在探索超臨界水對(duì)于降解塑料的作用,取得了不凡的成果。
最后超臨界水能夠緩慢地溶解腐蝕幾乎所有金屬,甚至包括貴重金屬類的黃金,要知道能夠溶解腐蝕黃金的溶劑寥寥無(wú)幾,經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)超臨界水的腐蝕性可以和王水相媲美。在超臨界水中一些化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度會(huì)得到大幅度的提升,有的甚至可以提升至原來(lái)的100倍。
自然界中的實(shí)例
不要以為超臨界水只能出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室之中,實(shí)際上,自然界也有超臨界水的身影。
2008年,德國(guó)科學(xué)家在位于大西洋中部山脊發(fā)現(xiàn)了一處高溫?zé)嵋簢娍冢谶@個(gè)噴口附近的水溫最高可以達(dá)到464℃,這是迄今為止人們?cè)谧匀唤缰邪l(fā)現(xiàn)溫度最高的液體,也是人類第一次觀察到自然狀態(tài)下處于超臨界狀態(tài)的水。
超臨界水有著很大的應(yīng)用價(jià)值,在將來(lái)或許我們可以在很多場(chǎng)景中看到它的身影。
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