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| 超临界水 |
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发布者：zq1229 发布时间：2022/7/4 8:39:49 阅读：592次 【字体：大 中 小】 |
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超临界水
临界点、超临界水、氢键增加值、水分子、氢键
水分子之间的氢键，决定了大部分水的性质。接近临界点时，水中的离子积已经比常态水增加了差不多3个数量级。在临界温度时，饱和水蒸气的氢键增加值，和处于液态水的氢键减少值相等，此时液态水中的氢键占总量的17%左右。可以在不添加催化剂的条件下，进行酸碱自催化反应，也就是说可以直接充当酸碱催化反应的介质。
于是我们完全可以将超临界水用于水解反应、脱水反应和水合反应。
如果未来这一技术得到使用，可以有效减少化学反应中产生的杂质，因为在超临界水状态下，无机物质几乎不能溶解，而有机物质却几乎被完全溶解。
而处于深海中的超临界水，就是水在临界点区域呈现的状态。
2008年，德国科学家正在对大西洋中部山脊的热液喷口进行考察。
我们知道，水的临界温度为374.15℃，临界压力为22.05MPa，而这里的水温已经达到464℃，是地球上水温最高的地方。其明显高于临界温度，此时不管该地的压力有多大，气体都不可能液化。
所以参与考察的安德里亚认为，这是深海中的第四种水，是我们在自然状态下，第一次观测到的超临界水。
此前基于对超临界流体研究时，科学家就曾在实验室获得过超临界水，所以很早之前，人们就已经了解到超临界水的特性，并试图加以利用。
超临界水的特点
我们知道，位于水分子之间的氢键，决定了大部分水的性质。
一般来说，如果温度升高，就会快速降低氢键的数量，由此破坏水在室温下存在的氧四方有序结构。
但当它属于超临界水的时候，氢键就出现了特殊的性质，不管温度再高，它都不会消失。
水的构成
科学家对此进行研究，它们发现在临界温度时，饱和水蒸气的氢键增加值，和处于液态水的氢键减少值相等，此时液态水中的氢键占总量的17%左右。
随后，科学家又发现了超临界水的其他特点。
第一，比如大家知道“水火不相容”这句俗语吧，但如果是在超临界水中，这一点就不成立了，因为它可以让很多物质在其中燃烧，产生火焰，甚至还可以将很多物质溶解。
第二，超临界水具有很强的反应活性，以及强大的氧化能力，甚至比高锰酸钾还要强。
一般只需要将需要处理的物质放入超临界水中，然后向其中加入氧和过氧化氢，随后这些物质很快就会被氧化和水解。
第三，超临界水具有强腐蚀性，它几乎可以将所有金属都腐蚀，包括黄金，其腐蚀强度，比王水还要厉害。
第四，超临界水还具有极强的催化能力，所以物质在其中的化学反应会变得极快，几乎是在其他状态下的100倍。
超临界水的作用
于是根据超临界水的特点，我们完全可以将其充分利用起来。
目前，我们对超临界水，可以应用于制作反应容器、预热器、冷却装置等等
超临界水在化学反应中，既可以作为反应介质，又可以直接参与反应。
通过改变温度和压力，可以使得超临界水操控反应环境，协调反应速率、化学平衡等，所以它可以作为一种良好的溶剂来使用。
根据前面提到的超强反应活性，我们可以将其应用于化学反应中，使得物质能够反应得更彻底。
科学家经过实验证明，超临界水可以在不添加催化剂的条件下，进行酸碱自催化反应，也就是说可以直接充当酸碱催化反应的介质。
因为当接近临界点时，水中的离子积已经比常态水增加了差不多3个数量级。
于是我们完全可以将超临界水用于水解反应、脱水反应和水合反应。
如果未来这一技术得到使用，可以有效减少化学反应中产生的杂质，因为在超临界水状态下，无机物质几乎不能溶解，而有机物质却几乎被完全溶解。
利用超临界水去除杂质
利用这一现象，我们可以将其发展为超临界水氧化技术（SCWO）。
在将垃圾进行填埋和堆放的过程中，有机物会分解出水，并其中含有的游离水和降雨、径流和地下渗水，会极大地污染周边的水资源。
因此此时我们就可以将超临界水作为垃圾过滤液，减少这些废水的排放。
此外在污泥中，也存在很多有机物、氧化剂和水，使用超临界水就可以将三者形成均一的相。
由此就可以克服相间的物质传输阻力，最终在短时间内彻底破坏污泥中的有机成分，将污泥变废为宝。
另外在其他废弃、废水和固体废弃物中，应用超临界水也可以将其中含有的各种有毒化学物质清除掉。
这样不仅可以增强化学物质的安全性，还可以有效减少附加污染物。
不过现在这一技术还有一些问题，需要我们重点考虑。
因为我们前面也讲到，超临界水具有很强的腐蚀性，所以在我们在使用它的过程中，如何制造具有强大抗腐蚀能力的材料就很重要。
并且，虽然水的成本不高，但是要应用这一技术，就需要在高温、高压和高含氧量的环境下进行
我们需要高昂的经济投入，才能对这一技术进行进一步的研究和开发。
现在，科学家们对自然环境下的超临界水还在继续研究。
由于热液喷口的高温高压，使得钻头几乎在靠近它时就已经融化，所以至今我们都没有办法开采超临界水的样本。
不过我们相信，随着技术的进步和研究的深入，我们或许可以利用超临界水创造一场新的技术革新，最终将其应用到实际生活中。
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