中學(xué)階段的物理課本告訴我們，水有三種形態(tài)，分別是固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)，這在我們的日常生活中也得到了驗(yàn)證。冬天氣溫低于零度的時(shí)候，水就成了冰，夏天氣溫高過(guò)一定程度的時(shí)候，水就會(huì)蒸發(fā)成水汽，而常溫狀態(tài)下的水就是液態(tài)。

但是你知道水還有一種氣液交融的狀態(tài)嗎？科學(xué)家把這種形態(tài)的水稱為超臨界水。

超臨界水

超臨界水是如何形成的？其實(shí)和固、液、氣三種狀態(tài)一樣，所謂的超臨界水也是在外部溫度和氣壓環(huán)境發(fā)生變化的情況下出現(xiàn)的。

具體過(guò)程是將液態(tài)的水進(jìn)行加溫，將氣態(tài)的水進(jìn)行高壓處理，當(dāng)前者發(fā)生膨脹而后者受到壓縮且兩邊的密度正好相等的時(shí)候，就會(huì)呈現(xiàn)為一種流體，這種流體就是所謂的超臨界水。

臨界水區(qū)別于常見水的最主要的特點(diǎn)就是高溫高壓，要想保持這個(gè)狀態(tài)，溫度必須要達(dá)到374攝氏度，而大氣壓強(qiáng)的值是22.1兆帕，這樣的產(chǎn)生條件直觀上是違背物理規(guī)律的。

不考慮壓強(qiáng)，在這樣的溫度環(huán)境下，水按理來(lái)說(shuō)一定是會(huì)變成氣態(tài)的，但正因?yàn)榧尤肓藟簭?qiáng)這一條件，同時(shí)又將兩種狀態(tài)的水同時(shí)進(jìn)行處理和融合，所以才有了這種全新的物質(zhì)。

臨界水最早是在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)精密的設(shè)計(jì)得到的，但是在我們生活的地球上并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類似的天然物質(zhì)的存在。

直到2008年左右，德國(guó)的學(xué)者在野外考察時(shí)意外在大洋深處發(fā)現(xiàn)了一處高溫噴口，而在它附近的水溫經(jīng)檢測(cè)竟然達(dá)到了464攝氏度，很明顯，這已經(jīng)超過(guò)了超臨界水形成所需要的最低溫度，也就是說(shuō)超臨界水確實(shí)是天然存在的。

但是要想對(duì)這些水進(jìn)行采樣和研究真的是異常艱難，因?yàn)閹装俣鹊乃疁貛缀踝尳^大多數(shù)的儀器和設(shè)備無(wú)法接近。

即便如此，我們還是可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)中對(duì)超臨界水的研究來(lái)推測(cè)自然狀態(tài)下超臨界水的性質(zhì)。

廣泛的應(yīng)用

首先，它具有很強(qiáng)的氧化性，許多常見的有機(jī)物都可以在其中發(fā)生氧化反應(yīng)，包括氧氣、一氧化碳等在內(nèi)的氣體都會(huì)溶于其中。

而相對(duì)的，無(wú)機(jī)物則很少可以與超臨界水發(fā)生互溶，這樣的特質(zhì)也得到了科學(xué)家的進(jìn)一步思考，許多專項(xiàng)研究正在思考如何更好地將超臨界水應(yīng)用到環(huán)保領(lǐng)域。

理論上，我們生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的各種有機(jī)廢物都可以經(jīng)過(guò)氧化反應(yīng)被非常高效地處理干凈，因?yàn)檠趸瓿珊笏纬傻某煞只旧隙际且恍┣鍧嵉幕衔?，不再?huì)對(duì)環(huán)境構(gòu)成危害和污染。

甚至這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的一些物質(zhì)還可以得到再回收，最大程度地實(shí)現(xiàn)了資源的充分利用。

目前在一些技術(shù)比較先進(jìn)的國(guó)家已經(jīng)研究出了一套成熟的處理技術(shù)，用來(lái)針對(duì)性地處理廢水和污泥這樣的污染物，這套處理技術(shù)名為SCWO，全稱是Supercritical Water Oxidation，也就是利用超臨界水的氧化能力作為核心的體系。

這個(gè)體系的優(yōu)勢(shì)有很多，比如非常重要的一點(diǎn)就是它相當(dāng)節(jié)能，因?yàn)樵谔囟ǖ臈l件下，超臨界水可以一邊氧化溶解各種有機(jī)物，一邊產(chǎn)生自身所需的熱量，而且就數(shù)據(jù)分析的結(jié)果來(lái)看，目標(biāo)有機(jī)物越多，整個(gè)處理過(guò)程所產(chǎn)生的效益就越高。

除了在環(huán)保方面的應(yīng)用，超臨界水在萃取的工作中也非常常見，一般在實(shí)驗(yàn)室里會(huì)用到的萃取液體，總是會(huì)因?yàn)檎扯冗^(guò)高和擴(kuò)散系數(shù)過(guò)低等問(wèn)題而影響萃取的效率。

但是超臨界水卻完全沒(méi)有這些缺點(diǎn)，加上它的密度可以通過(guò)改變溫度和壓強(qiáng)來(lái)進(jìn)行調(diào)整，所以更加適用于多種萃取需要。

比如實(shí)驗(yàn)人員在完成前期的萃取工序之后，可以通過(guò)升溫處理來(lái)加速超臨界水的蒸發(fā)，這樣一來(lái)，目標(biāo)溶劑當(dāng)中殘留的水分就會(huì)最大程度被分離出去，從而得到純度很高的萃取液。

這樣的特質(zhì)特被應(yīng)用到了工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，比如在生產(chǎn)啤酒的過(guò)程中，超臨界水會(huì)被用來(lái)萃取啤酒花成分，生產(chǎn)精油和咖啡豆的工廠也會(huì)用到它。

因?yàn)槌R界水既可以實(shí)現(xiàn)理想的萃取效果，又能最大程度節(jié)省生產(chǎn)成本，創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟(jì)效益。

對(duì)很多朋友來(lái)說(shuō)，超臨界水聽起來(lái)還很陌生，但其實(shí)對(duì)它的研究已經(jīng)非常成熟了，除了在環(huán)保和萃取領(lǐng)域，它在干洗、藥物制備和發(fā)電等方面的應(yīng)用也是非常廣泛的。

結(jié)語(yǔ)

其實(shí)很多乍一聽非常不同尋常的物質(zhì)只要細(xì)細(xì)研究，都是可以發(fā)現(xiàn)它的可應(yīng)用特質(zhì)的。

自然狀態(tài)下的超臨界水雖然還無(wú)法得到很好的探索，但是人為獲得的超臨界水卻已經(jīng)為人類的生產(chǎn)生活做出了很多貢獻(xiàn)，或許這也是一種最好的安排了。