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托馬斯·安德魯斯

標籤:臨界狀態

托馬斯•安德魯斯(Thomas Andrews,1813~1885)愛爾蘭物理化學家。曾在英國和法國巴黎學習化學和醫學。1835年獲愛丁堡大學醫學博士學位。曾任貝爾法斯特女王學院副院長、化學教授。他還是倫敦皇家學會會員、愛丁堡皇家學會會員。主要從事物質臨界狀態的研究,1869年首先發現了「超臨界液體」。 他的研究成果,以《論物質氣態與液態的連續性》為題,發表在1869年的《哲學學報》上。1885年11月26日逝世,終年72歲。

1簡介

托馬斯·安德魯斯(Thomas Andrews,1813~1885)愛爾蘭物理化學家。1813年12月19日生於貝爾法斯特。曾在英國和法國巴黎學習化學和醫學。1835年獲愛丁堡大學醫學博士學位。早年行醫。1845年被任命為貝爾法斯特女王學院副院長。1849年任該校化學教授。他還是倫敦皇家學會會員(1849),愛丁堡皇家學會會員。1885年11月26日于貝爾法斯特逝世。終年72歲。

2科研

托馬斯·安德魯斯(Thomas Andrews,1813~1885)愛爾蘭物理化學家。1813年12月19日生於貝爾法斯特。曾在英國和法國巴黎學習化學和醫學。1835年獲愛丁堡大學醫學博士學位。早年行醫。1845年被任命為貝爾法斯特女王學院副院長。1849年任該校化學教授。他還是倫敦皇家學會會員(1849),愛丁堡皇家學會會員。1885年11月26日于貝爾法斯特逝世。終年72歲。 安德魯斯主要從事物質臨界狀態的研究。他是在1861年開始這一工作的。當時D.L.凱納已經發現「乙醚、酒精和水能在相當於該液體原有2~4倍的空間內全部化成汽」;法拉第已單憑壓強之助,把過去只認為是氣體的氯及其他幾種氣體,成功地化為「液體」。他們的這些工作,成為安德魯斯研究的基礎。他選用碳酸作為研究對象,使它加壓和降溫,到一定數值時發現:「液體與氣體之間的分界線就變得越來越模糊……最後分界線也消逝了。後來這個空間完全被一種均勻的流體佔有」。他又對氨、一氧化二氮、鹽酸等進行研究,發現無論當它們由液態變為氣態,或由氣態變為液態,都得出同樣的結論:「物質的氣態與液態可以通過一系列連續不斷的變化而相互轉化」。並對它作出理論上的解釋,進而建立了物質的臨界點、臨界溫度和臨界壓強的概念。他的研究成果,以《論物質氣態與液態的連續性》為題,發表在1869年的《哲學學報》上。
同時,安德魯斯指出了當時所謂的「永久氣體」不能液化的原因:是因為它們的臨界溫度,比迄今所能得到的溫度要低得多。這給以後的研究者以很大的啟示。安德魯斯還提出了固態和液態之間互相轉化的問題,這為以後的研究者提出了一個有意義的課題,對物態方程和相平衡理論的發展有很大的影響。

3超臨界液體

這一現象是在1869年首先由愛爾蘭化學家托馬斯·安德魯斯(Thomas Andrews)發現的。「超臨界液體」,現在科學家正在學會如何很好地應用它。
在通常情況下,液體與氣體全然不一樣。液體具有固定的體積;可以在一個容器中注入一半的液體。但是,氣體卻沒有固定的體積;它總是會充滿整個容器。
液體能夠溶解固體和其他液體,但氣體卻不能。液體的密度遠比氣體大,液態水的密度約是氣態水(水蒸氣)的1250倍。換句話說,1夸脫(譯者註:夸脫,英美製液量單位。1夸脫約合1.136升(英)或0.946升(美))水的重量約是1夸脫水蒸氣的1250倍。
通過加熱,你可以把液體變為氣體。當你把水不斷加熱,最終會使它達到沸點,並且化為蒸氣蒸發掉。在海平面的正常條件下,水的沸點是100℃。
如果想不讓水在100℃沸騰的話,必須對它加壓,目的是壓住水分子——姑且這麼說吧!當溫度繼續上升時,為了使水不沸騰,你必須施加越來越大的壓力。最後,當溫度足夠高時,再高的壓力也不能阻止它沸騰了。無論壓力多大,只要達到某個溫度以上,液體就會沸騰,這個溫度被稱作「臨界溫度」。水的臨界溫度是374.2℃。當在臨界溫度時,恰好還能使水保持液態的那個壓力,被稱作水的「臨界壓力」。它大約是標準大氣壓的218.3倍。
當溫度與壓力高於上述數值時,就能得到「超臨界水」。與水蒸氣相似,它沒有固定體積並能充滿任何容器。然而,它的密度遠比水蒸氣高,事實上是液態水密度的三分之一。而它最令人驚奇的性質是,它能像液態水一樣溶解物質。
每一種液體都有它自己的臨界溫度和壓力,其中有比水高的,也有比水低的。例如,二氧化碳的臨界溫度是31℃,臨界壓力是72.85標準大氣壓。氫的臨界溫度是-204℃,臨界壓力是12.8標準大氣壓。在地球表面的普通情況下,自然界中不可能存在超臨界液體。但是,超臨界液體會在行星中心存在,那裡的溫度與壓力已經足夠高。例如,巨行星木星的內層是由大量超臨界氫所組成的,其溫度高達幾萬攝氏度。有些物質比另一些物質更加容易在超臨界液體中溶解,這跟普通液體是類似的。因而,可以利用超臨界液體把一種複雜混合物中的某部分物質提煉出來,而把其餘的物質留下。不過,如果超臨界液體太熱,它所溶解的物質的分子就會遭到破壞,甚至留下的物質的分子也會被破壞。
超臨界水肯定太熱,不能用它提取物質而又不破壞那些物質,特別是那些「有機物」,它們的分子巨大並且很不牢固。這樣說來,為什麼不用超臨界二氧化碳呢?它的臨界溫度低得多,而且達到超臨界狀態所需的壓力也比較小。當把超臨界二氧化碳(裡面溶有咖啡因)去掉后,不再留下任何東西。最後,當把壓力解除后,任何留下的超臨界液體都會轉化為氣體消失掉。這樣製成的脫去咖啡因的咖啡就會保持原味。
可以預計,超臨界液體可被用來完成其他提煉過程,而且高效無害。或許可以把土豆片中的油提煉出來,留下低熱量的土豆,並且不損害它的味道。魚的腥味可能是由魚油引起的,也可以把這種油去掉,而不改變它的營養成分。超臨界液體還可望用於藥品提純,以及應用於對蛋白質、核酸和其他複雜分子的研究工作。

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