Критическая точка

Крити'ческая то'чка, точка на диаграмме состояния, соответствующая критическому состоянию. К. т. двухфазного равновесия жидкость — пар является конечной точкой на кривой равновесия и характеризуется критическими значениями температуры Тк, давления рк и объёма Vк (табл.). К. т. представляет собой частный случай точки фазового перехода и характеризуется потерей термодинамической устойчивости по плотности или составу вещества. По одну сторону от К. т. вещество однородно (обычно при Т > Тк), а по другую — расслаивается на фазы. У смесей или растворов следует различать К. т. равновесия жидкость — пар и К. т. равновесия фаз различного состава, находящихся в одном агрегатном состоянии (жидкость — жидкость, газ — газ). В связи с этим К. т. смесей (растворов) дополнительно характеризуется критической концентрацией хк. В результате увеличения числа параметров, определяющих состояние системы, у смесей имеется не К. т., а критическая кривая, точки которой различаются значениями Тк, рк, Vк и хк. В окрестности К, т. наблюдаются критические явления.

Параметры критической точки жидкость — пар некоторых веществ

Вещество ккатмк6м3/моль Гелий 5,3 2,26 57,8 Водород 33,0 12,8 61,8 Кислород 154,8 50,1 74,4 Азот 126,2 33,5 90,1 Двуокись углерода 304,2 72,9 94,0 Пропан 369,9 42,0 200 Спирт (этиловый) 516,3 63,0 167 Бром 584 102 144 Вода 647 218,3 56 Иод 785 116 — Сера 1313 116 — Ртуть 1750 1500 44 Цезий 2030 115 332

  * 1 amм = 1,01×105 н/м2.

Критические органы

Крити'ческие о'рганы (радиобиологическое), структуры, ткани и органы, повреждение которых при облучении организма вызывает существенное нарушение жизнедеятельности. К К. о. относятся прежде всего кроветворные органы, в том числе костный мозг, и эпителий желудочно-кишечного тракта, поражения которых могут привести к гибели организма, а также хрусталик глаза и половые железы (облучение гонад может обусловить бесплодие или вызвать наследственные дефекты). См. также Биологическое действие ионизирующих излучений.

Критические явления

Крити'ческие явле'ния, характеризуют поведение веществ в окрестности точек фазовых переходов К типичным К. я. относятся: рост сжимаемости вещества с приближением к критической точке равновесия жидкость — пар; возрастание магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости в окрестности Кюри точек ферромагнетиков и сегнетоэлектриков (рис. 1); аномалия теплоёмкости в точке перехода гелия в сверхтекучее состояние (рис. 2); замедление взаимной диффузии веществ вблизи критических точек расслаивающихся жидких смесей; аномалии в распространении ультразвука и др.

  К К. я. в более узком смысле относят явления, обязанные своим происхождением росту флуктуаций термодинамических величин (плотности и др.) в окрестности точек фазовых переходов (см. Критическое состояние).

  Значительный рост флуктуаций приводит к тому, что в критической точке равновесия жидкость — пар плотность вещества от точки к точке заметно меняется. Возникшая флуктуационная неоднородность вещества существенно влияет на его физические свойства.

  Заметно усиливается, например, рассеяние и поглощение веществом излучений. Вблизи критической точки жидкость — пар размеры флуктуаций плотности доходят до тысяч Å и сравниваются с длиной световой волны. В результате вещество становится совершенно непрозрачным, большая часть падающего света рассеивается в стороны. Вещество приобретает опаловую (молочно-мутную) окраску, наблюдается т. н. критическая опалесценция вещества.

  Рост флуктуаций приводит также к дисперсии звука и его сильному поглощению (рис. 3), замедлению установления теплового равновесия (в критической точке оно устанавливается часами), изменению характера броуновского движения, аномалиям вязкости, теплопроводности и др. К. я. в чистом веществе.

  Аналогичные явления наблюдаются в окрестности критических точек двойных (бинарных) смесей; здесь они обусловлены развитием флуктуаций концентрации одного из компонентов в другом. Так, в критической точке расслоения жидких металлов (например, в системах Li—Na, Ge—Hg) наблюдается критическое рассеяние рентгеновских лучей (рис. 4). В окрестности точек Кюри ферромагнетиков и сегнетоэлектриков, где растут флуктуации намагниченности и диэлектрической поляризации, имеются резкие аномалии в рассеянии и поляризации проходящих пучков нейтронов (рис. 5), в распространении звука и высокочастотного электромагнитного поля. При упорядочении сплавов (например, гидридов металлов) и установлении ориентационного дальнего порядка в молекулярных кристаллах (например, в твёрдом метане, четырёххлористом углероде, галогенидах аммония) также наблюдаются типичные К. я., связанные с ростом флуктуаций соответствующей физической величины (упорядоченности расположения атомов сплава или средней ориентации молекул по кристаллу) в окрестности точки фазового перехода.

  Внутреннее сходство К. я. при фазовых переходах в объектах очень разной природы позволяет рассматривать их с единой точки зрения. Установлено, например, что у всех объектов существует одинаковая температурная зависимость ряда физических величин вблизи точек фазовых переходов II рода. Для получения такой зависимости физические величины выражают в виде степенной функции от приведённой температуры t=(T—Тк)/T,: (здесь Тк — критическая температура) или др. приведённых величин (см. Приведённое уравнение состояния). Например, сжимаемость газа (дV/др) Т, восприимчивость ферромагнетика (дМ/дН) р, Т или сегнетоэлектрика (дD/дЕ) р, Т и аналогичная величина (дх/дm) р, Т для смесей с критической точкой равновесия жидкость — жидкость или жидкость — пар одинаково зависят от температуры вблизи критической точки и могут быть выражены однотипной формулой:

 (1)

  Здесь V, р, Т — объём, давление и температура, М и D — намагниченность и поляризация вещества, Н и Е— напряжённость магнитного и электрических полей, m — химический потенциал компонента смеси, имеющего концентрацию х. Критический индекс g, возможно, имеет одинаковые или близкие значения для всех систем. Эксперименты дают значения g, лежащие между 1 и 4/3, однако погрешности в определении у часто оказываются того же порядка, что и различие результатов экспериментов. Аналогичная зависимость теплоёмкости с от температуры для всех перечисленных систем имеет вид: