液化

物理学概念

液化（liquefaction）是指物质由气态转变为液态的过程，气体液化时要放热。实现液化有两种手段，一是降低温度，二是压缩体积。临界温度是气体能液化的最高温度。由于通常气体液化后体积会变成原来的几千分之一，便于贮藏和运输，所以现实中通常对一些气体（如氨气、天然气）进行液化处理，由于这两种气体临界点较高，所以在常温下加压就可以变成液体，而另外一些气体如氢、氮的临界点很低，在加压的同时必须进行深度冷却，就叫液化。

定义

物质由气态转变为液态的过程叫做液化。

液化是放热过程。反之，汽化是吸热过程。

液化放热实例：

（1）被100℃的水蒸气烫伤比100℃的开水烫伤往往要严重得多——水蒸气液化时要放出大量的热；

（2）冬天往手上哈气——口腔哈出的水蒸气液化放热，让手变暖；

（3）用水壶烧水时壶口上的白气——水蒸气液化成的小水滴。

实现方式

1.液化的两种主要方式：

方式一：降低温度

一切气体只要温度降到足够低时都能液化。

方式二：压缩体积

某些气体、一定温度（一般为常温，特殊的需先降温再压缩体积）。

2.任何气体在温度降到足够低时都可以液化；在一定温度下，压缩气体的体积也可以使某些气体液化（或两种方法兼用）。

3.降低温度的方法是万能的，降到足够低时都可以液化。但压缩体积时，如果气体温度高于其临界温度，则无法压缩使其液化。

降低温度举例

A.白气

特别注意：“白气”不是水蒸气，水蒸气是看不见摸不着的，看见了就不是水蒸气！！

下面所列举的“白气”都是水蒸气降低温度液化形成的小水滴悬浮在空气中形成的。

夏天：冰棒冒白气，空调冒白气，开冰箱冒白气

冬天：井水冒白气冬晨的大雾冬天呼白气冬天湖面上冒白气

日常：火箭发射时发射塔下冒白气炒菜的锅冒白气烧开水冒白气

两个房间都把水烧开，可根据白气判断房间温度的高低

B.出汗

原因：水蒸气遇冷，温度降低液化成的小水珠附在物体上

从冰箱中拿出的啤酒、饮料出汗夏天自来水管出汗从冰箱中拿出的香烟、茶叶会出汗（不要马上打开，防止受潮）夏天街道上盛冷饮的容器外壁出汗清晨的露水

C.模糊

原因：水蒸气遇冷，温度降低液化成的小水珠附在物体上

喝开水、吃饭时镜片模糊

冬天晚上，晚自习回家后，镜片模糊

夏天，空调房里出来后镜片模糊冬天晚自习时教室玻璃模糊（小水珠在玻璃窗内）

夏天空调房间里的玻璃可能模糊（小水珠在玻璃窗外）

医生检查口腔时要把放入口腔中的小镜子烤一下，以避免口中水蒸气液化模糊镜面

压缩体积举例

例1：家用液化石油气就是在常温下利用压缩气体体积的方法使它液化，并储存在钢罐里的，液化氧气是根据气体的沸点不同，把空气收集起来，达到各种沸点后分离出来。

例2：火箭上的液态燃料和氧化剂则是在相当低的温度下利用压缩气体体积的方法获得的。

例3：在冰箱的冷凝器内,从压缩机送来的氟利昂的蒸汽变成了液态,这是用压缩体积的方法使气体液化并放出热量.

例4：打火机中的丁烷气。

实际应用

相对于气体，液化可减小体积（体积是气体体积的1/1000），便于贮存和运输。

易于液化的气体：氨气（NH3），氯气（Cl2），三氧化硫（SO3）等。

形成机理

物质从气态变为液态的过程。液化是汽化的逆过程，是气体分子相互吸引而凝结成为液体。液化时物质放出热量。在临界温度以下的气体，都可以液化。液化可通过加压或冷却，或者加压与冷却并用的方法来实现。临界温度高于或接近于室温的气体，如乙醚、氯、氨、二氧化硫、二氧化碳和某些碳氢化合物，在常温下压缩就可使之液化。临界温度很低的气体，如氧、氮、氢、氦等，须先冷却到它们的临界温度以下，再用等温压缩的方法使其液化。这些临界温度很低的气体，在19世纪上半世纪时，还没有办法使它们液化，当时人们曾称之为永久气体或真正气体。当人们认识到物质具有临界温度这一事实后，就努力提高低温技术，终于可使所有的气体都液化了。在1884～1885年首次得到了液态氢。最后一个被液化的气体是氦，它是在1908年由K.昂纳斯在荷兰的莱顿城把它转变为液体的。1928年人们又把氦凝成了固体。临界温度高的气体的液化方法是，把它们放在压缩机里压缩，接着在热交换器中冷凝。商业上使气体液化的方法是，经节流过程将高度压缩的气体冷却到室温，再绝热节流几次，直至冷却到液化为止。较先进和高效率的致冷机是往复式或涡轮型的扩张机或膨胀机，在这些设备中，压缩气体或在带有活塞的圆筒里，或在涡轮机里绝热膨胀，气体由于膨胀作功而被冷却和液化。氢、氦等气体的液化对现代科学技术的发展具有重要意义，例如液态氢和氧是现代火箭、喷气发动机常用的高能燃料和助燃剂，液态氧还应用于爆破工程。空气的液化可用于使空气的各种组成成分分离的技术中。

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