Kritisch punt (thermodynamica)

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Het kritisch punt in de thermodynamica is een combinatie van één bepaalde waarde van temperatuur, druk, samenstelling en eventueel andere thermodynamische variabelen die een bijzonder gedrag vertoont. Meestal markeert het de overgang van één bepaald gedrag naar het andere. Vaak ook houdt een bepaald fenomeen op te bestaan.

Kritisch gedrag[bewerken]

Vaak treden in de buurt van het kritische punt bijzondere verschijnselen op omdat het thermodynamisch evenwicht er indifferent wordt. Dit staat veel grotere thermodynamische fluctuaties toe dan normaal mogelijk zijn. Eén van de verschijnselen die daardoor veroorzaakt wordt, is een sterke strooiing van licht door de grote fluctuaties in dichtheid die kunnen optreden.

Er bestaan verschillende soorten kritische punten, maar het bekendste is het kritische punt van verdamping ofwel van het gas-vloeistofevenwicht.

Verdamping[bewerken]

Het kritische punt van verdamping is een unieke aggregatietoestand van een pure stof, gekenmerkt door één temperatuur, druk en volume, waar bij hogere temperaturen geen overgang van vloeistof naar gas meer optreedt als druk of volume wordt veranderd. Onder deze waarde kunnen we twee fasen ieder met een eigen stel eigenschappen onderscheiden. Het molaire volume (of de dichtheid) is daar één van. De twee fasen kunnen met elkaar in evenwicht zijn en zijn dan te onderscheiden met een meniscus of scheidingvlak. Bij het kritische punt verdwijnt het scheidingvlak omdat de dichtheden van gas en van vloeistof aan elkaar gelijk worden.

Kritische punten van enkele stoffen
Stofnaam Druk (bar) Volume (cc/mol) Temperatuur (°C)
Koolstofdioxide 72,85 94 31
Water 218,2 55,3 374,2
Benzeen 48,6 148 294

Bij de kritische temperatuur leidt een kleine drukverlaging tot grote expansie. Een eigenschap die gebruikt wordt in de (bio)chemie om stoffen te extraheren.

Voorbeeld van toepassing[bewerken]

Cafeïne wordt uit koffiebonen geëxtraheerd met superkritisch koolstofdioxide. Eerst wordt samengedrukte koolstofdioxide van ongeveer 31 °C door de koffiebonen geleid, zodat de cafeïne oplost en daarna wordt de koolstofdioxide van druk afgelaten. Hierdoor neemt de dichtheid van het koolstofdioxide enorm af en slaat de cafeïne als fijne kristallen neer.

Kritische mengbaarheid[bewerken]

Wanneer twee vloeistoffen een niet-ideale oplossing vormen is het mogelijk dat bij sommige temperaturen er bij iedere verhouding een homogene oplossing gevormd kan worden, maar bij andere temperaturen niet. In het laatste geval krijgt men twee vloeistoffen door een meniscus gescheiden die ieder een verzadigde oplossing zijn van de ene component in de andere. (De een A in B, de andere B in A) De overgang tussen de twee gedragingen is een temperatuur waar de twee vloeistoffen net mengbaar worden. Ook dit is een kritisch punt.

Magnetisme[bewerken]

Ferromagnetische materialen verliezen geleidelijk hun spontane magnetisatie bij stijgende temperatuur. Wanneer ze een bepaalde kritische temperatuur benaderen (de Curietemperatuur) belandt de vermindering in een stroomversnelling maar het komt nooit tot een sprong. Ook de Curie temperatuur is een kritische temperatuur waar de wanden die geordende magnetische domeinen van elkaar scheiden (een magnetische 'meniscus') hun betekenis verliezen omdat het binnen de domeinen steeds rommeliger toegaat.

Zie ook[bewerken]