kunstbus

Ben jij de slimste mens? Test je kennisniveau op YaGooBle.com.
Dit artikel is 27 01 2018 15:21 voor het laatst bewerkt.

kritieke temperatuur

Boven de kritieke temperatuur is een stof bij samenpersen niet meer vloeibaar te maken. We spreken dan van een gas. Onder de kritieke temperatuur is de stof bij samenpersen wel vloeibaar te maken. We spreken dan van een damp. Overigens wordt in het dagelijks leven dit onderscheid minder zorgvuldig gehanteerd. Een "damp" wordt vaak "gas" genoemd.

Zo is de kritieke temperatuur van zuurstof 154 K (= -119 ºC). Zuurstof is bij kamertemperatuur dus echt een gas. In een zuurstoffles zit dus gasvormig zuurstof. De kritieke temperatuur van water is 647 K (= 374 ºC). Bij kamertemperatuur is het dus een damp, waterdamp, dat door samenpersen vloeibaar is te maken.

De kritieke temperatuur van CO2 ligt iets boven kamertemperatuur. Eigenlijk moeten we dus over CO2-damp spreken i.p.v. CO2-gas. CO2 is bij kamertemperatuur vloeibaar te maken. In de brandblusser zit dus CO2-vloeistof samen met CO2-damp.

Superkritische toestand
Boven de kritieke temperatuur spreken we dus over een gas. Echter bevindt het CO2 zich ook nog boven de kritieke druk pc dan krijgt het heel bijzondere eigenschappen. Het onderscheid tussen gas en vloeistof valt weg. We spreken van de superkritische toestand. De stof krijgt dan zowel gas- als vloeistofeigenschappen. Dichtbij het kritieke punt (Tc,pc) zijn de dichtheden van gas en vloeistof even groot.


p-T diagram: druk uitgezet tegen Temperatuur
In de afgesloten cilinder a bevindt zich boven de vloeistof verzadigde damp. Er is evenwicht: er verdwijnen evenveel dampmoleculen door condensatie als er bij komen door verdamping van de vloeistof. De damp is verzadigd en de dampdruk heeft een vaste waarde: de verzadigingsdruk. Deze hangt alleen van de temperatuur af en niet van de hoeveelheid vloeistof. Als we de temperatuur verhogen zullen de moleculen sneller bewegen en zullen er bovendien eventjes meer moleculen verdampen dan condenseren. De verzadigingsdruk neemt toe. In het p-T diagram (10a) zie je hoe de verzadigingsdruk toeneemt met de temperatuur T.
Als alle vloeistof verdampt is voordat de kritieke temperatuur Tc bereikt is, zal verdere temperatuurstijging tot gevolg hebben dat de damp niet meer verzadigd is. De dampdruk p en de temperatuur T voldoen dan aan de algemene gaswet. Is er nog wel voldoende vloeistof dan zal op een gegeven ogenblik de kritieke temperatuur bereikt worden. Er treedt dan een vreemd verschijnsel op: het onderscheid tussen vloeistof en damp verdwijnt. De stof bevindt zich in de superkritische toestand.
Voor water geldt: Tc= 647 K en pc= 22,1.106 Pa = 221 bar.
Voor CO2 geldt: Tc = 304 K en pc = 7,3.106 Pa = 73 bar.

ρ-T diagram: dichtheid uitgezet tegen Temperatuur
In figuur b bevinden de vloeistof en de verzadigde damp zich onder een beweegbare zuiger. De vloeistof heeft een bepaalde dichtheid en de verzadigde damp een andere. Als we bij een vaste temperatuur de zuiger naar beneden bewegen zal er waterdamp condenseren tot er weer evenwicht bereikt is. De verzadigingsdruk van de damp blijft daarbij gelijk. Er is damp en vloeistof. We kunnen de zuiger naar beneden bewegen tot alle waterdamp gecondenseerd is. De zuiger raakt dan het wateroppervlak. Dit is punt B in het ρ-T diagram van figuur 10b. De dichtheid ρ is in B de dichtheid van de vloeistof. Als we de zuiger omhoog bewegen verdampt er steeds meer vloeistof. De damp blijft verzadigd. Als alle vloeistof juist op is, zijn we op punt A in het ρ-T diagram aangeland. De dichtheid ρ is hier de dichtheid van de verzadigde damp. Bij een hogere temperatuur zal de verzadigingsdruk toenemen en dus ook de dampdichtheid, terwijl de dichtheid van de vloeistof door uitzetting minder zal worden. In het diagram laat zich op de onderste tak de dichtheid van de damp aflezen en op de bovenste tak de dichtheid van de vloeistof. Als we de temperatuur nog verder verhogen zullen precies bij de kritieke temperatuur de twee takken samenkomen. De dichtheid van de damp is dan gelijk aan de dichtheid van de vloeistof. Het verschil tussen vloeistof en damp verdwijnt: de stof bevindt zich in de superkritische toestand.

Samenvattend spreken we over:

Een damp, T,de stof is alleen door samenpersen vloeibaar te krijgen.
Een gas, T>Tc; p,de stof is niet door samenpersen vloeibaar te krijgen.
Een superkritische toestand, T>Tc en p>pc, gastoestand en vloeistoftoestand vallen samen.

De ‘normale’ druk, de luchtdruk, wordt veroorzaakt door de gassen boven ons. Die gassen drukken op ons, omdat de zwaartekracht van de aarde ze aantrekt. Diep onder water of onder de grond is de druk veel groter dan de luchtdruk aan het aardoppervlak, tengevolge van het gewicht van de bovenliggende massa’s. Er worden experimenten gedaan om te kijken of je CO2 ondergronds kunt opslaan in bijvoorbeeld oceanen of uitgeputte olie- en gasvelden. Onder dat soort omstandigheden heerst een grote druk en zal CO2 vloeibaar of superkritisch zijn: vloeibaar in de koele oceaan en superkritisch in de onderaardse olie- en gasvelden.

Vast CO2
De fase van CO2 - zijn verschijningsvorm - hangt af van de druk en temperatuur. Onder hoge druk kan de damp condenseren tot een vloeistof. Onder ‘normale’ druk wordt CO2 zelfs meteen vast bij een temperatuur van -79 °C. Dit CO2 in de vorm van een vaste stof wordt ook wel koolzuursneeuw of droogijs genoemd. Bij verwarming sublimeert het, d.w.z. het gaat direct over van de vaste fase in de dampfase zonder eerst vloeibaar te worden.

Oplosbaarheid
De oplosbaarheid van CO2 hangt ook af van de temperatuur. Bij hogere temperaturen neemt de oplosbaarheid van CO2 in water af. Het CO2 lost dan minder goed op. De temperatuur bepaalt dus mede waar het CO2 zich bevindt op aarde: opgelost in de oceanen, of als damp in de atmosfeer. Naarmate de gemiddelde temperatuur op aarde toeneemt, komt er meer CO2 uit het water in de lucht, waardoor het broeikaseffect toeneemt, zodat de temperatuur nog meer stijgt, enz. Dit effect op het klimaat versnelt zichzelf dus (positieve terugkoppeling).

Creative Commons bronnen:
 • http://betavak-nlt.nl/dmedia/media/site-files/a8381/b502a/75629/13b5f/9fef1/nlt3-v118-CO2-opslag-versie1-3-Mei-2015.pdf - CO2-opslag: Zin of onzin?


Test je competentie op YaGooBle.com.

Pageviews vandaag: 2100.