第二章：实验课水的超临界状态（2 / 2）

海阳大学，国内一所普通的本科大学。四月份，热能动力工程专业的一堂实验课。大学里一节大课都是由两节课时的，实验课一把都是第一课时教理论，第二课时做实验。讲课的老师是学院教授刘华，年纪5多，头发花白但是并不沧桑，给人比较严肃而有精神的感觉。不过大家对于这个老头应该算是老熟人了，在大二的时候就带过热能专业课程。

大四第二学期一般都没什么课程，要么是一些实验课，或者实践课，还有就是工作实习报告，毕业论文指导课。实验课，实践课都不需要考试，只要按时完成实验报告基本上到最后基本上都能拿到学分，论文指导课是分小组配导师由导师安排时间辅导，工作实习大多数同学都是从三四月份开始，这是为数不多能聚到一起上课的时间了。

“今天大家坐到这儿应该是很幸运的，现在我讲的东西还有稍后你们所做的实验可能会颠覆大多数人对物质状态的认知，那就是物质的第四种状态，超临界状态。”

“我们知道水的沸点会随气压升高而升高，高原的水烧开温度只有八九十度所以煮不熟食物，高压锅能让食物更快的煮熟”随即刘教授打开两张图片在投影仪上

“爱刷视频的同学可能都看过这个视频吧”之后打开了一个短视频，一瓶矿泉水在冰箱放两个小时，轻轻拿出来还是水的状态，随即摇晃了一下瞬间结冰了。

“水的冰点其实也是在不同条件下会变动的，这是常温常压条件下做到的，其实通过改变压力也是可以做到了，在22个大气压以下水的冰点会随气压升高而降低，22个大气压以上会随气压升高而升高，这个压力太高没有条件就不给大家验证了”

“今天讲的是物质的超临界状态，这个其实很简单三五句话就说完了，之所以讲上述内容，就是为了打破你们的思想壁垒，让你们知道很多你们之前所学习到的常识可能是片面的，求学做问也是如此，需要破旧才能立新，你们也马上毕业或者步入社会，或者继续深造学习，这个浅显的道理也当是送给你们。”

随即投影仪切换图片，是一个曲线图，图像是斜着的y字型“几乎所有的物质都有超临界状态，物质三种相太固态，液态，气态，在温度压力坐标系中的曲线，”随后图片上y型曲线右侧支线又生出两条支线，”三条曲线相交的点就是物质超临界条件，在图中第四块区域的物质就是超临界状态，此时的物质也叫超临界流体”

“物质的超临界状态其实1多年前就发现了，最早是研究二氧化碳的超临界状态，因为二氧化碳的超临界条件相对比较简单温度t=3126c，压力p=739mpa。而水的超临界状态条件相对比较高温度t=374c，压力p=221mpa。处于超临界状态的物质性质也会有很大变化。比如二氧化碳超临界状态，其密度同液态一样，而粘度又像是气体一样扩散系数是液态1倍，表现为超强的溶解性目前在各方面研究应用都非常多。”

“水的超临界状态其实在地球环境就天然存在，8年德国科学家在大西洋海底火山口发现了水的温度居然达到了464摄氏度，目前还没有设备能直接取样研究，一是温度太高，最重要的原因是这些水在海底高压环境下处于超临界状态，水的超临界状态其中一个特性就是超强氧化性，机械设备或者金属在超临界水中会很快氧化，另外这种看似气体的液体还有其他一些特性比如超强溶解性，很多油类都能溶解，有些物质甚至在其中可以燃烧，像王水一样连黄金都能溶解，一些化学反应甚至比普通条件下块几百倍等等。当然刚才说的一些实验今天是做不了的，实验室条件有限。今天实验很简单，就是不断改变条件观察状态，在不同条件下状态观察水的三相--超临界状态的变化。目前二氧化碳超临界状态的实验或者是应用现在已经很成熟了，所以也不再进行实验了，现在网上也有很多视频可以观看学习，甚至有的同学都可以自己制作试验器。以上就是理论知识部分”

王大伟，繁星，何文杰大学四年是同一个宿舍，王大伟人如其名憨胖子一个，十足的网瘾学渣，繁星，何文杰两人性格都比较随意，刚入学的时候两个人就玩到一起了成了哥们，两个人学习生活都比较随意而为，饿了吃，困了睡，想学学点，想玩就去玩了，考试6分万岁。其实两人学习能力还可以繁星洒脱一点，何文杰更加稳重一点。王大伟是后来加入这个小圈子的，宿舍里还有三人，孙阳就是每个宿舍里的学霸，大多数时间泡图书馆所以论玩肯定玩不到一起。还有李恒家庭条件不错，大二就在外面住偶尔回宿舍，胡江仪不玩游戏经常独来独往宿舍透明人。一次考试的时候王大伟想通过孙阳、胡江仪抄答案，学霸自然没有理他，结果就挂了科，繁星看到后本着照顾舍友情谊就把答案递过去了本身他也不在意成绩，反正大学考试能及格拿学分就行，同是舍友就能帮点就帮点，在后来王胖子就傍上这两个大腿，要不然这胖子连毕业证都拿不到。陶子玲是一个标准的北方女生，理工科专业本来女生就少所以也很少出美女，用漂亮或者美丽形容陶子玲可能有点过了，只能说还可以吧，北方女生也是豪爽大一的时候班级聚会被繁星灌了不少酒，后来又给送回素宿舍，两人不打不相识，海阳市是有名的旅游城市，大一周末的时候两个这两人就约着同舍友经常去校外玩，关系呢也以哥们相称。后来基本上实验课，实践活动都是这几个人组队，何文杰，韩燕一般都是主力，陶子玲，繁星除了拌嘴就是说段子，充当润滑剂，王大伟废柴混子。

由于超临界水的强氧化性和溶解性再加上临界条件，圆盘的表体外壳是金属材质是不锈钢，中间是透明的玻璃窗，里面没有指针是空的还有一点液体，像一块超大号的家用自来水表，但是看起来又很不协调，玻璃窗跟自来水表一样大，但是表体外壳要大六七倍。内壳用的是陶瓷防止超临界水对金属的氧化性，加热是通过陶瓷内部的电热丝加热陶瓷温度来间接加热水，外部接传感器电线和电源线，还有三根个高压防爆管，其中一根是高压空气注入管，一个是正常泄压管道，还有一根是防爆泄压管（当设备内压力过高时自动开启泄压，为了防止过压损毁设备，而起到保护作用的。表盘上有多个压力调节旋钮和温度调节按键，电子显示屏实时显示温度和压力。实验室总共有6套实验设备，5-6人一组。

正式实验操作前，刘教授介绍了实验设备以及操作流程，之后就是按照要求自行实验记录实验数据。

繁星有点迫不及待的的打开电源，何文杰一本正经的提醒到先检查设备，之后又按照刘教授的要求认真检查了一遍，此时显示屏上压力为温度显示18度。随后转动压缩空气阀进行加压，压力加到195mpa时此时设备已经达到最大压缩空气注入压力，此时已经不能通过压缩空气阀来调节压力了，压缩空气注入是一个单向阀，如果此时继续增压，水可能会进入超临界状态，然后通过开启阀门进入高压管或者接触到压力表的金属器件被溶解，所以采用单向阀当超过195兆帕时候就不会通过压力阀继续加压，之后压力调节就要通过仪表盘上几个压力调节旋钮来调节了，这种调节方式类似于活塞或者针筒一样的原理，通过挤压空间来实现精确的压力控制，之后开启加热，温度也随之上升，在温度加热到37度时开始微调，这个时候水的状态更加靠近气液零界线，调节过程中透过玻璃观察窗会看到沸腾的现象，逐渐液体消失水变成水蒸气，也会看到水蒸气在设备内壁凝结成水滴最后汇聚到底部重新变成液体的现象，这两个过程在高压高温环境下其实变化很快的，双向的变化基本上都是几秒左右，繁星和何文杰两人操作设备调整参数，陶子玲和韩燕记录实验数据和现象。经过几分钟的微调压力已经到达临界点，由于温度还没到临界点仪器内水还是液体状态，之后随着温度升高到临界条件以上，在水的上表面开始变成青雾，气液界面开始变得模糊，很快整个设备里面的水变成青雾状态，伴随着气流扰动跟空气似融非融，又像是牛奶倒入水中似液非液，像是液体又能想气体一样在整个容器中扩散，这就是水的超临界状态，繁星第一次看到这种现象，还是看的有些入迷，那种感觉想说什么又说不出来。想了许久他好像又想到了那种感觉，像是多年前中学的时候学习物理课学习磁场的时候老师拿着一块磁铁说磁场就是磁铁周围的物质，任他想破脑子也想不出来这种看不见的物质到底是什么。之后做的实验就是在超临界状态下改变条件观察三相变化，当压力减少时，青雾消散变成透明水蒸气，之后再次加压，瞬间在设备内充满烟雾，随后回到超临界状态，随后继续降低温度超临界状态的水随即凝结成液态水汇聚到底部。

“‘混沌初开，乾坤始奠，气之轻清上升者为天，气之重浊下凝者为地。’是不是有点那意思”何文杰戳了戳繁星说道。

“你隔这儿修仙来了？”

“说不定世界就是这么来的”

“行啊，毕业论文你就写这个，未来的诺奖我给你留着”

陶子玲：“各位科学家，先把实验报告写了吧”