
臨界共溶溫度(Critical Solution Temperature, CST),在物理化學和熱力學領域,特指部分互溶的雙液系(如苯酚-水體系)中,兩個液相能夠完全互溶形成單一均勻液相的最低溫度或最高溫度。該溫度點是相平衡的關鍵參數,标志着體系從部分互溶向完全互溶轉變的臨界狀态。
定義與相變特征
臨界共溶溫度是雙液系相圖中溶解曲線(binodal curve)的極值點溫度。低于此溫度(對具有最低臨界共溶溫度LCST的體系)或高于此溫度(對具有最高臨界共溶溫度UCST的體系)時,體系會自發分離為兩個共存液相;而在該溫度時,兩相界面消失,體系達到完全互溶。例如,苯酚-水體系在約66°C(UCST)以上可完全互溶。
熱力學原理
該現象由吉布斯自由能(ΔG)變化驅動。在臨界點,混合熵(ΔS)與混合焓(ΔH)的競争達到平衡,滿足關系式:
$$ left( frac{partial G}{partial x} right)_{T,P} = 0 $$ 其中 ( x ) 為組分摩爾分數,表明此時組分化學勢相等,相分離趨勢消失。
類型與實例
應用領域
該參數對材料設計(如溫敏聚合物藥物載體)、化工分離(萃取工藝優化)及生物體系(蛋白質折疊研究)具有指導意義。例如,LCST型聚合物可通過溫度調控實現靶向藥物釋放。
Critical Solution Temperature(國際純粹與應用化學聯合會)
Atkins, P. W. Physical Chemistry(牛津大學出版社,第11版)
CRC Handbook of Chemistry and Physics(Section 5: "Solubility Parameters")
中國科技術語數據庫 臨界共溶溫度(全國科學技術名詞審定委員會)
Journal of Chemical Thermodynamics(DOI: 10.1016/j.jct.2020.106213)
注:中文表述中"臨界共溶溫度"與英文"Critical Solution Temperature"嚴格對應,部分文獻亦作"Consolute Temperature"。參見《化學名詞》(第二版,科學出版社)。
臨界共溶溫度(Critical Solution Temperature,CST)是描述兩種部分互溶物質在特定溫度下達到完全互溶狀态的關鍵參數,其定義和表現形式因體系不同而有所差異:
液體-液體體系中的臨界共溶溫度
當兩種部分互溶的液體(如水與苯胺)共存時,會形成兩個共轭液相。隨着溫度變化,它們的互溶度可能增加,直至達到某一溫度時兩相完全互溶,形成單一液相。這一溫度即為臨界共溶溫度。例如:
表面活性劑體系中的臨界溶解溫度(Krafft點)
離子型表面活性劑(如十二烷基硫酸鈉)在水中的溶解度隨溫度升高逐漸增加,當達到臨界溫度(記為( T_k ))時,溶解度急劇上升,此時表面活性劑分子開始形成膠束。該溫度點對應三相平衡狀态:未溶解的固體、單體和膠束共存。
補充說明:臨界共溶溫度的實際意義體現在化工分離、藥物制劑等領域。例如,通過控制溫度可調節混合物的相态,實現物質分離或穩定乳液體系。
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