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超熱水的驚人轉變：溫度升高時，它的特性如何改變？
超熱水是一種在壓力下的液體水，溫度介於常规沸點（100°C或212°F）和臨界溫度（374°C或705°F）之間。這種水因為過壓力而穩定，或是通過在密閉容器中加熱水，在飽和蒸氣壓的平衡下維持液體狀態，其特性顯著不同於大氣壓環境下的水體。研究顯示，當水被加熱至超熱狀態時，很多水的異常特性會隨之發生驚人的變化。
「水的氫鍵在加熱過程中會被打破，使得水的極性減少，這使得水開始表現得更像有機溶劑。」
超熱水的性質變化
隨著水溫的升高，超熱水顯示出比其他物質更顯著的性質改變。水的黏度和表面張力隨著溫度的升高而降低，而擴散性則增加。當水溫提高時，水的自離子化也會增加，其pKw值在250°C時約為11，顯示出水中的氫離子（H3O+）和氫氧根（OH−）的濃度增加，但pH依然維持在中性。
異常行為的解析
水是一種極性分子，其正負電荷的中心分開。在加熱時，氫鍵結構的熱運動會破壞水的整體極性，導致水的相對介電常數隨著溫度升高而下降。在205°C時，相對介電常數降至33，與室温下的甲醇相似。這一現象使得水開始類似水–甲醇混合物，從而影響它的溶解性和化學反應性。
溶解性變化
有機化合物
隨著溫度的增加，有機分子的溶解性通常也會顯著提高，這部分是由於極性的變化。此外，某些在常規溫度下被認為不溶的物質，在超熱水中卻可能變得可溶解。例如，PAHs的溶解度在25°C時較225°C提高了五個數量級。
鹽類
雖然相對介電常數下降，但許多鹽類仍然能夠在接近臨界點之前保持可溶性。例如，氯化鈉在300°C時的溶解度可達37 wt%。然而，隨著臨界點的接近，其溶解度會顯著下降。
氣體
水中氣體的溶解性通常隨著溫度的上升而降低，但在某一溫度後會再次上升。超熱水中的氧氣溶解性特別提高，使其能夠應用於濕氧化工藝。
腐蝕性影響
超熱水在高於300°C的情況下可能比常溫水更具腐蝕性。這意味著在這些條件下，對設備材料的選擇要特別謹慎，常常需要使用耐腐蝕合金。
能量需求
水的加熱所需的能量顯著低於其蒸發所需的能量，這使得使用熱交換器回收能量變得更為可行。例如，將水從25°C加熱到250°C的液態水所需的能量約為976 kJ/kg，這大大低於將其轉化為蒸汽所需的2869 kJ/kg。
提取與化學反應
超熱水被廣泛應用於提取和化學反應過程。例如，它能夠快速選擇性地提取植物中的有價值成分，並且可以有效地化學轉化有機材料為燃料產品，這對於環境保護具有重要意義。
色譜技術的應用
在逆相高效液相色譜中，常用的移動相是甲醇–水混合物。由於水的極性範圍隨著溫度變化而穩定，這使得在色譜分離中能夠有效利用其特性，進行各種有機化合物的分離和分析。
超熱水的性質轉變不僅揭示了水作為一種溶劑在科學和工業中的獨特應用潛力，更促使我們思考水在各種環境條件下的行為及其潛在用途是如何影響未來的科技與環境可持續性？
