簡(jiǎn)介
托馬斯·安德魯斯(Thomas Andrews,1813~1885) 愛(ài)爾蘭物理化學(xué)家。1813年12月19日生于 貝爾法斯特。曾在 英國(guó)和 法國(guó) 巴黎學(xué)習(xí)化學(xué)和醫(yī)學(xué)。1835年獲 愛(ài)丁堡大學(xué)醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。早年行醫(yī)。1845年被任命為貝爾法斯特女王學(xué)院副院長(zhǎng)。1849年任該;瘜W(xué)教授。他還是倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)員(1849), 愛(ài)丁堡皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。1885年11月26日于貝爾法斯特逝世。終年72歲。科研
托馬斯·安德魯斯(Thomas Andrews,1813~1885)愛(ài)爾蘭物理化學(xué)家。1813年12月19日生于貝爾法斯特。曾在英國(guó)和法國(guó)巴黎學(xué)習(xí)化學(xué)和醫(yī)學(xué)。1835年獲愛(ài)丁堡大學(xué)醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。早年行醫(yī)。1845年被任命為貝爾法斯特女王學(xué)院副院長(zhǎng)。1849年任該;瘜W(xué)教授。他還是倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)員(1849),愛(ài)丁堡皇家學(xué)會(huì)會(huì)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(zhì)臨界狀態(tài)的研究。他是在1861年開(kāi)始這一工作的。當(dāng)時(shí)D.L.凱納已經(jīng)發(fā)現(xiàn)“乙醚、酒精和水能在相當(dāng)于該液體原有2~4倍的空間內(nèi)全部化成汽”;法拉第已單憑壓強(qiáng)之助,把過(guò)去只認(rèn)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(chǔ)。他選用碳酸作為研究對(duì)象,使它加壓和降溫,到一定數(shù)值時(shí)發(fā)現(xiàn):“液體與氣體之間的分界線就變得越來(lái)越模糊……最后分界線也消逝了。后來(lái)這個(gè)空間完全被一種均勻的流體占有”。他又對(duì)氨、一氧化二氮、鹽酸等進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)無(wú)論當(dāng)它們由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài),或由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài),都得出同樣的結(jié)論:“物質(zhì)的氣態(tài)與液態(tài)可以通過(guò)一系列連續(xù)不斷的變化而相互轉(zhuǎn)化”。并對(duì)它作出理論上的解釋,進(jìn)而建立了物質(zhì)的臨界點(diǎn)、臨界溫度和臨界壓強(qiáng)的概念。他的研究成果,以《論物質(zhì)氣態(tài)與液態(tài)的連續(xù)性》為題,發(fā)表在1869年的《哲學(xué)學(xué)報(bào)》上。
同時(shí),安德魯斯指出了當(dāng)時(shí)所謂的“永久氣體”不能液化的原因:是因?yàn)樗鼈兊呐R界溫度,比迄今所能得到的溫度要低得多。這給以后的研究者以很大的啟示。安德魯斯還提出了固態(tài)和液態(tài)之間互相轉(zhuǎn)化的問(wèn)題,這為以后的研究者提出了一個(gè)有意義的課題,對(duì)物態(tài)方程和相平衡理論的發(fā)展有很大的影響。
超臨界液體
這一現(xiàn)象是在1869年首先由愛(ài)爾蘭化學(xué)家托馬斯·安德魯斯(Thomas Andrews)發(fā)現(xiàn)的!俺R界液體”,現(xiàn)在科學(xué)家正在學(xué)會(huì)如何很好地應(yīng)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(gè)容器中注入一半的液體。但是,氣體卻沒(méi)有固定的體積;它總是會(huì)充滿整個(gè)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(yuǎn)比氣體大,液態(tài)水的密度約是氣態(tài)水(水蒸氣)的1250倍。換句話說(shuō),1夸脫(譯者注:夸脫,英美制液量單位。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(guò)加熱,你可以把液體變?yōu)闅怏w。當(dāng)你把水不斷加熱,最終會(huì)使它達(dá)到沸點(diǎn),并且化為蒸氣蒸發(fā)掉。在海平面的正常條件下,水的沸點(diǎn)是100℃。
如果想不讓水在100℃沸騰的話,必須對(duì)它加壓,目的是壓住水分子——姑且這么說(shuō)吧!當(dāng)溫度繼續(xù)上升時(shí),為了使水不沸騰,你必須施加越來(lái)越大的壓力。最后,當(dāng)溫度足夠高時(shí),再高的壓力也不能阻止它沸騰了。無(wú)論壓力多大,只要達(dá)到某個(gè)溫度以上,液體就會(huì)沸騰,這個(gè)溫度被稱作“臨界溫度”。水的臨界溫度是374.2℃。當(dāng)在臨界溫度時(shí),恰好還能使水保持液態(tài)的那個(gè)壓力,被稱作水的“臨界壓力”。它大約是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的218.3倍。
當(dāng)溫度與壓力高于上述數(shù)值時(shí),就能得到“超臨界水”。與水蒸氣相似,它沒(méi)有固定體積并能充滿任何容器。然而,它的密度遠(yuǎn)比水蒸氣高,事實(shí)上是液態(tài)水密度的三分之一。而它最令人驚奇的性質(zhì)是,它能像液態(tài)水一樣溶解物質(zhì)。
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(biāo)準(zhǔn)大氣壓。氫的臨界溫度是-204℃,臨界壓力是12.8標(biāo)準(zhǔn)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(huì)在行星中心存在,那里的溫度與壓力已經(jīng)足夠高。例如,巨行星木星的內(nèi)層是由大量超臨界氫所組成的,其溫度高達(dá)幾萬(wàn)攝氏度。有些物質(zhì)比另一些物質(zhì)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復(fù)雜混合物中的某部分物質(zhì)提煉出來(lái),而把其余的物質(zhì)留下。不過(guò),如果超臨界液體太熱,它所溶解的物質(zhì)的分子就會(huì)遭到破壞,甚至留下的物質(zhì)的分子也會(huì)被破壞。
超臨界水肯定太熱,不能用它提取物質(zhì)而又不破壞那些物質(zhì),特別是那些“有機(jī)物”,它們的分子巨大并且很不牢固。這樣說(shuō)來(lái),為什么不用超臨界二氧化碳呢?它的臨界溫度低得多,而且達(dá)到超臨界狀態(tài)所需的壓力也比較小。當(dāng)把超臨界二氧化碳(里面溶有咖啡因)去掉后,不再留下任何東西。最后,當(dāng)把壓力解除后,任何留下的超臨界液體都會(huì)轉(zhuǎn)化為氣體消失掉。這樣制成的脫去咖啡因的咖啡就會(huì)保持原味。
可以預(yù)計(jì),超臨界液體可被用來(lái)完成其他提煉過(guò)程,而且高效無(wú)害;蛟S可以把土豆片中的油提煉出來(lái),留下低熱量的土豆,并且不損害它的味道。魚(yú)的腥味可能是由魚(yú)油引起的,也可以把這種油去掉,而不改變它的營(yíng)養(yǎng)成分。超臨界液體還可望用于藥品提純,以及應(yīng)用于對(duì)蛋白質(zhì)、核酸和其他復(fù)雜分子的研究工作。