ウィドムライン

超臨界流体境界

物質の圧力-温度相図、特に超臨界流体状態において、ウィダム線とは臨界点から発する線であり、ある意味では気液共存曲線を臨界点より上まで延長した線です。これは、音速、等温圧縮率、等容積および等圧熱容量など、超臨界流体の特定の物理的特性の最大値または最小値に対応します。ウィダム線の位置を特定するための一般的な基準は、等圧熱容量の最大値です。

より一般的には、ウィドム線は、流体物質の圧力-温度相図において相関長が最大となる線として定義されます。^[1]ウィドム線は常に臨界点から発散します。ウィドム線は、例えば水の仮定された液体-液体臨界点（または第二臨界点）の文脈を含む、様々な系で研究されてきました。^[2]

同様の境界線にはフィッシャー・ウィドム線やフレンケル線があり、これらも異なる流体挙動間の遷移を表します。

概要

圧力-温度相図。超臨界状態とは、臨界点以上の圧力と温度でありながら、固体への相転移に必要な圧力より低い状態である。緑の破線は、水を含む一部の物質が示す固液相境界の異常な傾きを示している。

理論物理学者ベンジャミン・ウィダムにちなんで名付けられたウィダム線は、流体熱力学と臨界現象における重要な概念です。この概念は、十分に高い圧力と温度におけるあらゆる単成分流体の物理的性質に関連しており、その研究は活発な研究分野となっています。

ウィドム線は、超臨界流体における液体のような挙動と気体のような挙動を分離するものとして提案されている^[3]。この超臨界流体では、従来の液体と気体の区別はもはや存在しない。具体的には、この線の低圧側では流体は気体のような挙動を示し、高圧側ではより液体に近い挙動を示す。この分離は急激な相変化ではなく、流体の特性の一部における連続的なクロスオーバーである。これは、例えば流動メタンなどの実験室実験で観察されている^[4] 。ウィドム線の概念は、流体の特性を特徴付け、予測するための有用な枠組みを提供し、科学研究だけでなく様々な産業プロセスにおいても重要である。

参照

参考文献

^ HE Stanley, P. Kumar, G. Franzese, L. Xu, Z. Yan, MG Mazza, SV Buldyrev, S.-H. Chen, F. Mallamace「液体多形性：水の異常な挙動との関連の可能性」、European Physical Journal - Special Topics 161 pp. 1-17 (2008)
^ Limei Xu, Pradeep Kumar, SV Buldyrev, S.-H. Chen, PH Poole, F. Sciortino, HE Stanley「液体-液体相転移を伴う系におけるWidom線と動的クロスオーバーの関係」、PNAS 102 pp. 16558-16562 (2005)
^ シメオーニ、ジョバンナ・ジュリア;ブリック、タラス。ゴレッリ、フェデリコ・アイエース。クリシュ、マイケル。ルオッコ、ジャンカルロ。サントロ、マリオ。スコピーニョ、トゥーリオ (2010)。「超臨界流体における液体のような挙動と気体のような挙動の間の交差点としてのウィダム線」。自然物理学。6 (7): 503–507。ビブコード:2010NatPh...6..503S。土井：10.1038/nphys1683。ISSN 1745-2473。
^ U. Ranieri、F. Formisano、FA Gorelli、M. Santoro、MM Koza、A. De Francesco、LE Bove「単純な超臨界流体における気体状から液体状分子拡散へのクロスオーバー」、Nature Communications 15、4142 (2024)

[1] HE Stanley, P. Kumar, G. Franzese, L. Xu, Z. Yan, MG Mazza, SV Buldyrev, S.-H. Chen, F. Mallamace「液体多形性：水の異常な挙動との関連の可能性」、European Physical Journal - Special Topics 161 pp. 1-17 (2008)

[2] Limei Xu, Pradeep Kumar, SV Buldyrev, S.-H. Chen, PH Poole, F. Sciortino, HE Stanley「液体-液体相転移を伴う系におけるWidom線と動的クロスオーバーの関係」、PNAS 102 pp. 16558-16562 (2005)

[SimeoniBryk2010-3] シメオーニ、ジョバンナ・ジュリア;ブリック、タラス。ゴレッリ、フェデリコ・アイエース。クリシュ、マイケル。ルオッコ、ジャンカルロ。サントロ、マリオ。スコピーニョ、トゥーリオ (2010)。「超臨界流体における液体のような挙動と気体のような挙動の間の交差点としてのウィダム線」。自然物理学。6 (7): 503–507。ビブコード:2010NatPh...6..503S。土井：10.1038/nphys1683。ISSN 1745-2473。

[4] U. Ranieri、F. Formisano、FA Gorelli、M. Santoro、MM Koza、A. De Francesco、LE Bove「単純な超臨界流体における気体状から液体状分子拡散へのクロスオーバー」、Nature Communications 15、4142 (2024)