Det kritiske punktet for et rent stoff er punktet i temperatur - trykk- diagrammet , vanligvis betegnet med C , der væske - gass- likevektskurven slutter . Den temperatur T C og trykket P C av det kritiske punkt, kalles den kritiske temperatur og det kritiske trykk av den rene substans. Den molare volum , og tettheten av den rene substansen ved disse temperaturer og trykk ( V C og ρ C ) er kalt kritiske volum og kritisk tetthet (oftere, men feilaktig, kritisk tetthet ).
Over den kritiske temperaturen som over det kritiske trykket er det ikke mulig å observere en endring av flytende gasstilstand, fluidet sies å være superkritisk .
Langs væske-gass-likevektskurven (som starter fra den faststoff-væske-gass- trippelpunktet , generelt betegnet T ), er tetthetsforskjellen mellom væsken og gassen ,, avtar inntil den forsvinner ved punktet kritisk C . På dette punkt er alle egenskapene til de to fasene ( brytningsindeks , spesifikk varme , etc. ) blir identiske.
Ved temperaturer og trykk som er høyere enn det kritiske punktet, er væsken superkritisk : vi kan ikke lenger skille en væskefase fra en gassfase, vi går kontinuerlig fra egenskapene til en væske (ved høyt trykk og relativt lav temperatur) til de av 'en gass (ved relativt lavt trykk og høy temperatur): den rene substansen blir deretter kvalifisert som en superkritisk væske .
Hvis vi varierer temperaturen og trykket slik at det representative punktet i temperatur-trykk-diagrammet beveger seg uten å krysse likevektskurven, observerer vi bare en kontinuerlig utvikling, selv om vi starter fra et punkt i væskedomenet for å komme til et punkt i gassdomenet. Det er først når man krysser denne linjen at man kan observere en faseovergang fra væske → gass ( fordampning ) eller gass → væske ( flytende ).
Noen ganger snakker vi om en kritisk tilstand for en væske hvis temperatur og trykk er nær det kritiske punktet, og denne "tilstanden" har uvanlige egenskaper som kritisk opalans . Men det er ikke en tilstand av materie i betydningen termodynamikk (fravær av avgrensning ved tilstandsendringer ).
Vi snakker også om en superkritisk tilstand for tilstanden til en superkritisk væske . Strengt tatt er det ikke en tilstand av materie i betydningen termodynamikk , men en mellomsituasjon mellom flytende tilstand og gassform , og i kontinuitet med disse to tilstandene.
Hvis vi vurderer en overgang ved konstant temperatur veldig nær det kritiske punktet, ser vi at en "liten" trykkdifferanse gir en "stor" volumendring: kompressibiliteten er uendelig på det kritiske punktet, en liten trykkdifferanse. betydelige variasjoner i volum og tetthet. Tetthetsavhengige egenskaper ( dielektrisk konstant , brytningsindeks ) er dårlig definert når de passerer det kritiske punktet. De statistiske svingningene blir makroskopiske: væsken oppfører seg mot lyset som en konsentrert tåke; man snakker om "fenomen av kritisk opalesens ". Historisk sett var Einstein og Smoluchowskis beskrivelse av disse svingningene et viktig skritt i triumfen til atomistteoriene.
Man kan ganske enkelt utføre eksperimentet kjent som "omgå det kritiske punktet" som består i å transformere et legeme fra væskefasen til gassfasen ved å krysse faseovergangslinjen i TP- diagrammet (for eksempel ved å heve temperaturen ved konstant trykk ), for deretter å gå tilbake til de opprinnelige forholdene uten å krysse den (ved å endre både trykket og temperaturen slik at det kritiske punktet blir omgått), uten synlig overgang, og deretter starte på nytt så mange ganger som ønsket: man observerer dermed en rekkefølge av fenomener med koking atskilt av kontinuerlige evolusjoner uten synlig manifestasjon, og derfor uten å observere kondens. Dette fenomenet å omgå det kritiske punktet blir utnyttet ved å benytte superkritisk tørking til å tørke en prøve helt uten å ødelegge den, spesielt ved elektronmikroskopi .
Hvert kjemisk legeme har et kritisk punkt, preget av en kritisk temperatur ( T C ), et kritisk trykk ( P C ) og en tetthet (eller massevolum) kritisk ( V C eller ρ C ).