Kritische temperatuur

De kritische temperatuur van een stof is de temperatuur waarbij het onderscheid tussen vloeibare fase en gasvormige fase vervalt. Bij een hogere temperatuur zal de fase van de stof niet veranderen als de druk of het volume wordt veranderd, waarbij het niet uitmaakt of de toestand vanuit de vloeibare fase of vanuit de gasvormige fase bereikt werd. Ook bij afkoelen is er geen abrupte faseovergang waar te nemen, waarbij het wel van de druk en temperatuur afhangt of er gas of vloeistof ontstaat. Bij de kritische temperatuur T_kr hoort ook een kritische druk p_kr in het hierna genoemde buigpunt, zodat we van een kritisch punt K (T_kr, p_kr) kunnen spreken.

PV-isothermen: lichtblauwe isothermen zijn superkritisch. De kritische isotherm is rood en heeft in het punt K een buigpunt, waarbij ook de eerste afgeleide = 0 is. De donkerblauwe isothermen zijn theoretische lijnen volgens van der Waals: hier is ook een buigpunt, maar de eerste afgeleide is > 0 in het buigpunt. Een rechtelijn-benadering is in dit gebied beter: 2 fasen in evenwicht.

Voor de maximale temperatuur waarbij supergeleiding optreedt, zie aldaar.

De rechte horizontale lijn FBG in een donkerblauwe isotherm is bedacht door James Clerk Maxwell. Fysisch stelt dit het tweefasen mengsel voor tussen vloeistof fase F en gas fase G, bij constante druk, als het volume toeneemt.

In de druk-volume grafiek van isothermen is het buigpunt K te zien in de isotherm van de kritische temperatuur (rood). Vanaf hogere temperaturen komend (lichtblauwe krommen) is dit het eerste buigpunt dat optreedt, waarbij ook de eerste afgeleide = 0 is.
Dus:

$\left({\frac {\partial P}{\partial V}}\right)_{T}=0,\left({\frac {\partial ^{2}P}{\partial V^{2}}}\right)_{T}=0$

Met behulp van deze relaties en bekende (T_kr, p_kr) zijn de constanten a en b uit de Van der Waalsvergelijking te berekenen.

Hoewel er geen faseovergang plaatsvindt bij de kritieke temperatuur en druk, wordt het gebied (T>T_kr, p>p_kr) aangeduid als superkritische vloeistoffase. Zie het p-T diagram.

Kritische punten van enkele stoffen

Stofnaam	Druk (bar)	Temperatuur (°C)
Argon	48,1	-122,4
Benzeen	48,6	294
Broom	102	310,8
Cæsium	94	1664,85
Chloor	76	143,8
Ethanol	62,18	241
Fluor	51,5	−128,85
Helium	2,24	−267,96
Koolstofdioxide	72,85	31,04
Krypton	54,3	−63,8
Methaan	45,79	−82,3
Neon	27,2	−228,75
Stikstof	33,5	−146,9
Stikstofdioxide	71,5	36,4
Water	218,2	374,2
Waterstof	12,8	−239,95
Xenon	57,6	16,6
Zuurstof	49,8	−118,6

Stoffases uitgezet in een P-T diagram, de smelt- en kookpunten (kritieke druk en temperatuur). Zichtbaar is dat het gebied gas/damp rechtsboven langs het kritische punt is verbonden met het gebied vloeistof zonder abrupte faseovergangen. De gestippelde groene lijn geeft het gedrag van zuiver water weer, de groene lijn van normale stoffen (smeltend dan wel stollend). De blauwe lijn is de grens vloeistof-gas: de kookpunten.

Zie ook

Kritisch punt

Fasediagram