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과열수의 놀라운 변화: 온도가 상승함에 따라 물의 성질은 어떻게 변하는가?
과열수는 일반 끓는점(100°C 또는 212°F)과 임계 온도(374°C 또는 705°F) 사이의 온도에서 압력을 받는 액체 물입니다. 이러한 종류의 물은 과압에 의해 안정화되거나, 포화 증기압의 균형 하에서 액체 상태를 유지하기 위해 밀폐된 용기에서 물을 가열함으로써 그 특성이 대기압 환경의 물과 크게 다릅니다. 연구에 따르면 물이 과열된 상태로 가열되면 물의 특이한 특성 중 상당수가 놀라운 변화를 겪는 것으로 나타났습니다.
"가열 과정에서 물의 수소 결합이 끊어져 물의 극성이 낮아지고 이로 인해 물이 유기 용매처럼 행동하기 시작합니다."
과열수의 성질 변화
수온이 상승함에 따라 과열된 물은 다른 물질에 비해 더 큰 특성 변화를 나타냅니다. 물의 점도와 표면 장력은 온도가 증가함에 따라 감소하는 반면 확산성은 증가합니다. 수온이 증가하면 물의 자기이온화도 증가하게 되는데, 250℃에서 pKw 값은 약 11로 물 속의 수소이온(H3O+)과 수산화라디칼(OH-)의 농도가 증가하는 것을 알 수 있다. pH는 동일하게 유지됩니다.
이상행위 분석
물은 중앙에 양전하와 음전하가 분리되어 있는 극성 분자입니다. 가열되면 수소 결합 구조의 열 운동이 물의 전반적인 극성을 파괴하여 온도가 증가함에 따라 물의 비유전율이 감소합니다. 205°C에서는 비유전율이 33으로 떨어지며 이는 실온의 메탄올과 비슷합니다. 이 현상으로 인해 물이 물-메탄올 혼합물과 유사해지기 시작하여 용해도와 화학 반응성에 영향을 미칩니다.
용해도 변화
유기화합물
온도가 증가하면 부분적으로 극성의 변화로 인해 유기 분자의 용해도가 크게 증가하는 경우가 많습니다. 또한, 기존 온도에서 불용성으로 간주되는 특정 물질은 과열된 물에 용해될 수 있습니다. 예를 들어, PAH의 용해도는 225°C에 비해 25°C에서 5배 증가합니다.
소금
비유전율이 감소함에도 불구하고 많은 염은 임계점에 가까워질 때까지 가용성을 유지합니다. 예를 들어, 염화나트륨은 300°C에서 최대 37wt%의 용해도를 갖습니다. 그러나 임계점에 가까워질수록 용해도는 크게 감소합니다.
가스
물에 대한 기체의 용해도는 일반적으로 온도가 상승하면 감소하지만 특정 온도가 지나면 다시 상승합니다. 과열수에서 산소의 용해도가 특히 향상되어 습식 산화 공정에 적용할 수 있습니다.
부식 효과
300°C 이상의 과열된 물은 실온의 물보다 더 부식성이 있을 수 있습니다. 이는 이러한 조건에서 장비 재료 선택에 특별한 주의를 기울여야 하며 종종 내식성 합금을 사용해야 함을 의미합니다.
에너지 요구사항
물을 가열하는 데 필요한 에너지는 물을 증발시키는 데 필요한 에너지보다 훨씬 적기 때문에 열교환기를 사용하여 에너지를 회수하는 것이 더 실현 가능해집니다. 예를 들어, 액체 물을 25°C에서 250°C로 가열하는 데 필요한 에너지는 약 976kJ/kg이며, 이는 증기로 변환하는 데 필요한 2869kJ/kg보다 훨씬 적습니다.
추출 및 화학반응
과열수는 추출과 화학반응 과정에서 널리 사용됩니다. 예를 들어, 식물에서 귀중한 성분을 신속하고 선택적으로 추출할 수 있으며, 유기 물질을 효과적으로 화학적으로 연료 제품으로 전환할 수 있으며 이는 환경 보호에 큰 의미가 있습니다.
크로마토그래피 기술의 응용
역상 고성능 액체 크로마토그래피에서 일반적으로 사용되는 이동상은 메탄올-물 혼합물입니다. 물의 극성 범위는 온도 변화에 따라 안정적이므로 다양한 유기 화합물의 분리 및 분석을 위한 크로마토그래피 분리에 물의 특성을 효과적으로 활용할 수 있습니다.
과열수의 특성 변화는 과학과 산업에서 용매로서 물의 고유한 잠재력을 드러낼 뿐만 아니라 다양한 환경 조건에서 물이 어떻게 작용하는지, 물의 잠재적 용도가 미래 기술에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 생각해 보게 합니다. .그리고 환경적 지속가능성은?
