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464℃的临界水被发现,它的存在已违反物理规律,难以用科学解释

综述

中学阶段的物理课本告诉我们,水有三种形态,分别是固态、液态和气态,这在我们的日常生活中也得到了验证。冬天气温低于零度的时候,水就成了冰,夏天气温高过一定程度的时候,水就会蒸发成水汽,而常温状态下的水就是液态。

但是你知道水还有一种气液交融的状态吗?科学家把这种形态的水称为超临界水。

超临界水

超临界水是如何形成的?其实和固、液、气三种状态一样,

所谓的超临界水也是在外部温度和气压环境发生变化的情况下出现的。

具体过程是

将液态的水进行加温,

将气态的水进行高压处理,

当前者发生膨胀而后者受到压缩且两边的密度正好相等的时候,就会呈现为一种流体,这种流体就是所谓的超临界水。

临界水区别于常见水的最主要的特点就是

高温高压,要想保持这个状态,温度必须要达到

374摄氏度,而大气压强的值是

22.1兆帕,

这样的产生条件直观上是违背物理规律的。

不考虑压强,在这样的温度环境下,水按理来说一定是会变成气态的,但正因为加入了压强这一条件,同时又将两种状态的水同时进行处理和融合,所以才有了这种全新的物质。

临界水最早是在实验室中通过精密的设计得到的,但是在我们生活的地球上并没有发现类似的天然物质的存在。

直到2008年左右,

德国的学者在野外考察时意外在大洋深处发现了一处高温喷口,而在它附近的

水温经检测竟然达到了464摄氏度,很明显,这已经超过了超临界水形成所需要的最低温度,也就是说超临界水确实是天然存在的。

但是要

想对这些水进行采样和研究真的是异常艰难,因为

几百度的水温几乎让绝大多数的仪器和设备无法接近。

即便如此,我们还是可以通过实验中对超临界水的研究来推测自然状态下超临界水的性质。

广泛的应用

首先,

它具有很强的氧化性,许多常见的有机物都可以在其中发生氧化反应,包括氧气、一氧化碳等在内的气体都会溶于其中。

而相对的,

无机物则很少可以与超临界水发生互溶,这样的特质也得到了科学家的进一步思考,许多专项研究正在思考

如何更好地将超临界水应用到环保领

域。

理论上,我们生产生活中产生的各种

有机废物都可以经过氧化反应被非常高效地处理干净,因为

氧化完成后所形成的成分基本上都是一些清洁的化合物,不再会对环境构成危害和污染。

甚至这个过程中产生的一些物质还可以得到再回收,最大程度地实现了资源的充分利用。

目前在一些技术比较先进的国家已经研究出了一套成熟的处理技术,用来针对性地处理

废水和污泥这样的污染物,这套处理技术名为

SCWO,全称是Supercritical Water Oxidation,也就是

利用超临界水的氧化能力作为核心的体

系。

这个体系的优势有很多,比如非常重要的一点就是它相当

节能,因为在特定的条件下,

超临界水可以一边氧化溶解各种有机物,一边产生自身所需的热量,而且就数据分析的结果来看,

目标有机物越多,整个处理过程所产生的效益就越高。

除了在环保方面的应用,超临界水在

萃取的工作中也非常常见,一般在实验室里会用到的萃取液体,总是会因为

粘度过高和扩散系数过低等问题而影响萃取的效率。

但是超临界水却完全没有这些缺点,加上

它的密度可以通过改变温度和压强来进行调整,所以更加适用于多种萃取需要。

比如实验人员在完成前期的萃取工序之后,可以通过升温处理来加速超临界水的蒸发,这样一来,目标溶剂当中残留的水分就会最大程度被分离出去,从而得到纯度很高的萃取液。

这样的特质特被应用到了

工业生产领域,比如在生产啤酒的过程中,超临界水会被用来

萃取啤酒花成分,生产

精油和咖啡豆的工厂也会用到它。

因为超临界水既可以实现理想的萃取效果,又能最大程度节省生产成本,创造出更高的经济效益。

对很多朋友来说,超临界水听起来还很陌生,但其实对它的研究已经非常成熟了,除了在环保和萃取领域,它在干洗、药物制备和发电等方面的应用也是非常广泛的。

结语

其实很多乍一听非常不同寻常的物质只要细细研究,都是可以发现它的可应用特质的。

自然状态下的超临界水虽然还无法得到很好的探索,但是人为获得的超临界水却已经为人类的生产生活做出了很多贡献,或许这也是一种最好的安排了。

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