נקודה קריטית

בנקודה הקריטית, מצבי נוזל רווי ואד רווי זהים. כלומר, במהלך חימום נוזל הנתון בלחץ קריטי הגבול בין שני מצבי הצבירה, נוזל ואדים (גז) הולך ומטשטש כאשר מתקרבים לטמפרטורה הקריטית. צפיפות הנוזל הולכת וקטנה וצפיפות הגז הולכת וגדלה וכאשר הטמפרטורה מגיעה לערך מסוים שתי הצפיפויות משתוות ומקבלים מצב צבירה אחד הנקרא זורם.

חומר המצוי בתנאים של לחץ וטמפרטורה הגבוהים מהתנאים הקריטיים נקרא זורם סופר-קריטי. הנקודה הקריטית היא נקודת מפגש של שלוש פאזות של חומר נתון - אדים תת-קריטיים, נוזל תת-קריטי וזורם על-קריטי - ולכן, על פי חוק הפאזות של גיבס, ישנה נקודה קריטית יחידה במישור לחץ-טמפרטורה עבור מרכיב חומרי יחיד (בכך יש דמיון מסוים בין הנקודה הקריטית והנקודה המשולשת). הטמפרטורה, והלחץ בנקודה הקריטית נקראים הטמפרטורה הקריטית והלחץ הקריטי.

בטמפרטורות גבוהות מהטמפרטורה הקריטית של חומר נתון, לא ניתן לנזל פאזה גזית שלו באמצעות הגדלת הלחץ, וזאת משום שהאנרגיה הקינטית של המולקולות גבוהה מהערך המוחלט של האנרגיה הפוטנציאלית השלילית הנגרמת על ידי כוחות המשיכה הבין-מולקולריים בנקודת המינימום שלה (אנרגיית הקוהזיה של החומר). עובדה זאת באה לידי ביטוי גם בכך שחום האידוי החל מהטמפרטורה הקריטית הוא אפס; במילים אחרות, אין צורך בהשקעה חיצונית של אנרגיית חום כדי לגרום למעבר פאזה.

הנקודה הקריטית היא קצהו הימני של עקום הדו-קיום של נוזל וגז, והיא מצוינת באות 'C' בדיאגרמת מצבי הצבירה. דמיטרי מנדלייב כינה את הנקודה הקריטית "טמפרטורת הרתיחה המוחלטת".

 

בקרבת הנקודה הקריטית, התכונות הפיזיקליות של הנוזל ואדיו משתנות באופן דרמטי, ושתי הפאזות נעשות דומות עד לבלי היכר. למשל, מים נוזליים בתנאים נורמליים הם כמעט בלתי-דחיסים, בעלי מקדם התפשטות תרמית נמוך ומקדם דיאלקטרי גבוה. בסמוך לנקודה הקריטית, כל התכונות הללו משתנות אל הפכן הגמור: המים הופכים לדחיסים ולדיאלקטריים ברמה נמוכה.

בנקודה הקריטית, רק פאזה אחת קיימת; חום האידוי הוא אפס. בעוד במקרים הנפוצים יותר בחיי היום יום האיזותרמות של גז ואן דר ואלס מורכבות מנקודת מקסימום ונקודת מינימום, בטמפרטורה הקריטית שתי הנקודות הללו מתמזגות לנקודת פיתול אחת K, כמוראה באיור. פירוש הדבר הוא שבנקודה הקריטית מתקיים:

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

הצירוף של הטמפרטורה הקריטית ${\displaystyle T_{c}}$  (שהיא הטמפרטורה הקבועה של האיזותרמה הקריטית) והלחץ הקריטי ${\displaystyle P_{c}}$  מגדיר את הנקודה הקריטית בדיאגרמת הפאזות P-T.

• תכונות תרמודינמיות מופחתות

מיזמי קרן ויקימדיה
ערך מילוני בוויקימילון: נקדה קריטית
תמונות ומדיה בוויקישיתוף: נקודה קריטית

• נקודה קריטית, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)