Wat veroorzaakt de kritische temperatuur?

Er is geen reden om aan te nemen dat een gas zomaar zal afkoelen als je het begint samen te drukken.

Onder de kritische temperatuur kan de stof zich in twee fasen bevinden: de vloeibare en de gasfase. Boven de kritische temperatuur zijn beide fasen niet meer van elkaar te onderscheiden.

Stel je voor: een afgesloten recipiënt met enkel water in. Dat water zal zich verdelen over een vloeibare fase onderaan en een gasfase bovenaan. In die gasfase zal de druk gelijk zijn aan de dampspanning bij die temperatuur. De reden dat de vloeibare fase zich onderaan bevindt is dat de dichtheid van de vloeibare fase hoger is dan die van de gasfase. Nu kan je gaan beredeneren wat de dichtheden van beide fasen gaan doen in dat afgesloten recipiënt wanneer de temperatuur gaat stijgen.

Wanneer de temperatuur stijgt neemt het volume van een vloeistof toe. Dus de dichtheid, die gelijk is aan m/V zal dalen aangezien m hetzelfde blijft in dit afgesloten recipiënt (de daling van de massa van de vloeibare fase door de moleculen die nu meer naar de gasfase overgaan is verwaarloosbaar).

De dichtheid van een gas kan je een beetje afleiden uit de gaswet:

pV = nRT en je weet dat n = m/M dus wordt dat: MpV=mRT of m/V = Mp/RT

Dus de dichtheid is afhankelijk van de temperatuur en de druk. De hogere temperatuur van een gas kan dus voor een lagere dichtheid zorgen maar de hogere druk van het gas (door de hogere dampspanning bij die hogere temperatuur) kan voor een hogere dichtheid zorgen. We weten echter dat de dichtheid van de gasfase in dit recipiënt wel moet stijgen aangezien we uitgaan van een recipiënt met een vast volume en de vloeibare fase al meer volume inneemt en in tegenstelling tot de gasfase niet samendrukbaar is. Dit ook omdat de kritische druk ook moet bereikt worden. Want je mag dan wel een temperatuur hebben die hoger is dan de kritische temperatuur, zolang de druk lager is dan de kritische druk heb je nog gewoon een gasvormige toestand. Pas wanneer de stof én een temperatuur heeft hoger dan de kritische temperatuur én een druk hoger dan de kritische druk bevindt de stof zich in superkritische toestand.

Dus de gasfase zal het met een kleiner volume moeten doen en dus zal m/V of de dichtheid stijgen.

We zijn dus begonnen met een vloeibare fase met een hoge dichtheid en een gasfase met een lage dichtheid en sinds het opwarmen is de dichtheid van de vloeibare fase beginnen dalen en die van de gasfase beginnen toenemen. Ooit bereiken ze dus dezelfde dichtheid.

De kritische temperatuur geeft aan dat boven deze temperatuur de energie van de moleculen zo hoog is dat ze altijd in dezelfde fase zoals gasvormig blijven.
De enigste manier om nog in een andere fase te komen is door temperatuur verlaging.

Toegevoegd na 12 minuten:
En op antwoord op je andere vragen. Het is een fundamentele kwestie, want het kritische temperatuur zegt niets over de menselijke grenzen.
Als je de volume van water van 400 graden verkleind dan zal normaal gesproken ook de temperatuur lager worden, omdat dat de simpele manier is om het volume te verkleinen, maar als de temperatuur constant op 400 graden wordt gehouden, dan zal hoe groot de externe krachten op is. Zal altijd de bewegingskracht hoger zijn dan de kracht om te moleculen te binden in een vloeistof.

Vergelijkbaar is de ontsnappingssnelheid die nodig is om zwaartekracht op te heffen. Als de snelheid maar hoog genoeg is zal het mogelijk zijn om aarde te verlaten.