綜述
水是我們的生活中再平常不過的存在了,不管是哪一種形態,基本上都隨處可見,冰箱裡冷凍層裡面的冰塊,火爐上燒開的熱水裡冒出來的水蒸氣,桌面上放著的涼白開,似乎對我們來說都已經沒有什麼新鮮感了,畢竟從小看到大了,不過在這三種經典模式之外。
其實水還有一種形態比較少人知道,非要說的話,它應該是氣態和液態的中間狀態,也可以說是水汽交融,它的名字叫作超臨界水。
超臨界水
超臨界水,從名字上看就能感受到它最大的特點,也就是處在某個邊界上,這樣的狀態想象中應該不會是很穩定的,畢竟向前一步可以是一種狀態,向後一步又能立刻變成另一種。
一般來說,超臨界水在人類生存的生物圈當中並不存在,至少沒有天然狀態下的,大部分我們瞭解到的都是從實驗室中透過特定條件的設定人為生成出來的,而且這些條件的要求還非常精細,差一點都不行。
不過自然形成的超臨界水也不是不存在,只是距離我們比較遙遠,,最早的發現記錄是在2008年左右,一位科學家在野外進行考察工作的時候意外發現了它的存在,地點是深海當中的一個噴口,這裡的環境條件跟海洋中的其他地方很明顯不一樣。
首先最明顯的就是溫度,這個噴口本身很像地面的溫泉口,從內部會不斷向外噴出高溫的水體。
雖然測試結果顯示是464攝氏度,不過實際溫度要稍微低一些,因為這裡位於很深的海底,壓強自然也就大於我們所在的地面環境,壓強變大了,水的沸點也會升高,這也是為什麼400多度的溫度卻沒有沸騰翻滾的原因。
就是在這樣的環境裡,科學家發現了超臨界水的存在。
不過就實驗室的研究結果來看,要想形成超臨界水其實並不需要這麼高的溫度,但是要想弄清楚這些天然的超臨界水與人工合成的超臨界水之間的區分,我們必須要能夠獲得它的樣本,但是對於科學家們來說這絕非易事,雖然熱水沒有沸騰,但是它依然對取樣造成了很大的阻礙。
更重要的是,這些超臨界水還有一個讓人頭疼的性質,那就是氧化性。
如果是在實驗環境當中,這個性質是能夠被很好地隔離和控制的,但是在自然環境下,它所帶來的就是劇烈的氧化反應,大部分的儀器裝置只要靠近,都或多或少會受到影響。
別說是這些大件的傢伙了,就連一氧化碳、氧氣都逃脫不了它的掌控,一旦接近就會溶於其中,有機物幾乎都是不能避免的。
壓強的作用
除了溫度,超臨界水的形成其實根本上還是跟壓強分不開的,在深海當中就創造了一個絕佳的環境,尤其是在海溝這樣的板塊交界處。
因為地下岩漿的活動,這裡的水溫要大大高於其它的水域,同時因為深度很大,也自然形成了超高的壓強。
一般來說,要想形成超臨界水,溫度和壓強的數值至少在374攝氏度和22.1兆帕以上,當然也只能是在這附近波動,低於或者超過太多,就會讓它向其它狀態轉變,這也正是臨界兩個字的意思。
簡單點說,其實超臨界水就是兩種變化的交匯處,想象一下你在同一個空間當中進行兩個試驗,一個是把液態水加熱,另一個是給水蒸汽加壓,這個過程一定會出現這樣一個時刻,讓密度不斷減小的液態水和密度不斷加大的水蒸氣來到一個共同的數值。
此時兩邊的密度正好相等,但是狀態還沒有徹底轉變完畢,而密度相同又讓它們有了交融的條件,從而融匯到一起,成為一種特殊形態的流體,也就是超臨界水了。
在自然環境中,只有在很深的海底才能找到它們的蹤跡,比如在世界上最深的馬裡亞納海溝當中,就有它的存在。
雖然人類目前的科學技術還很難支援我們對這些水進行深入的取樣研究,但是人工合成方面其實已經取得了很大的進展,利用超臨界水具備的一些性質,科學家們也發現了它的很多應用價值。
也許我們很難想象,但是超臨界水在環保方面的工作上竟然也能發揮不小的作用,這跟它的氧化性直接相關,因為這種立杆見性的活性,超臨界水可以處理很多廢物。
只要氧化充分,就能把汙染降低到最小限度,甚至很多氧化的殘留還能重新回收利用,真正做到了零汙染。
這種能力不只是說說而已,很多國家的環保機構已經在投資進行研發,並且建立起了成熟的技術體系,希望能夠在充分發揮超臨界水作用的基礎上,也能將這個過程本身的能耗降低,甚至讓這個氧化反應自己為自己的提供一些能量,總之就是儘量以最小的投入換取最大的環保收益。
也只有這樣,才算是在整個鏈條上都實現了節能環保的目的。當然,超臨界水也已經在工業生產中冒頭了,尤其是在萃取這個環節,可以說表現相當不俗。
結語
超臨界水雖然看上去不符合我們的生活常識,但是在技術的幫助下,還是會成為對人類有用的存在,至於天然的超臨界水會不會有其它的驚喜,就需要進一步探索和鑽研了。