Жидкости с критической точкой при обычных температуре и давлении

Наличие ответа зависит от вашего определения «близкого» по сравнению с STP.

Есть несколько жидкостей, которые имеют свою критическую точку при температуре , близкой к STP, но при более высоком давлении. Например, (см. http://www.engineeringtoolbox.com/critical-point-d_997.html )

  material   Tc(K)    Pc(atm)
acetylene    309.5     61.6
ethylene     283.1     50.5
ethane       305.5     48.2

Все это неполярные молекулы с очень скромной атомной массой. Как только вы добавляете кислород, критическая температура значительно возрастает, а давление снижается лишь незначительно:

acetone       508       48
acetaldehyde  466       55

Проблема в том, что для существования критической точки вблизи атмосферного давления ваша жидкость должна иметь плотность, близкую к плотности пара при атмосферном давлении. А для этого потребуется жидкость с чрезвычайно низкой плотностью. Или газ высокой плотности.

ОБНОВИТЬ

Можно (как показывает @Diracology) оценить коэффициенты Ван-дер-Ваальса вещества, которое будет иметь желаемые свойства. Следуя этим вычислениям (вывод которых можно найти здесь , я вычислил коэффициенты Ван-дер-Ваальса$a$а также$b$для нескольких небольших молекул. Нанесение объема (вычисленного на основе критических параметров) в зависимости от количества атомов в этих молекулах дает «приемлемую прямую линию». Когда я экстраполирую эту линию (что делать НЕразумно), я обнаруживаю, что молекула X будет содержать около 300 атомов:

(примечание - давление в таблице я показываю в атм, а для расчета пересчитываю в Па).

Как видите, сложно получить молекулу с таким высоким межмолекулярным притяжением (а=25; самая полярная молекула в списке, ацетон, имеет а=1,6, так что вы примерно в 15 раз отклонились от цели); но если вы хотите поиграть со своей компьютерной моделью, чтобы создать такую ​​молекулу, я думаю, это может быть весело.

Чтобы помочь с оптимизацией, вот график, показывающий поведение$a$а также$b$и их влияние на$T_c$а также$P_c$(исходный код для создания показан ниже).

И исходный код:

#critical point calcs
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from math import pi

# constants
R=8.31
Na=6.02E23
#number of lines for a,b
N1=5
N2=5

def pc(a,b):
    return a/(27.0*b*b)

def tc(a,b):
    return 8*a/(27*b*R)

# range of values for a,b:
a = np.logspace(-0.5,1.5,N1)
b = np.logspace(-4,-2,N2)

T = np.zeros((N1,N2))
P = np.zeros((N1,N2))

for ii in range(N2):
    for jj in range(N1):
        T[jj,ii]=tc(a[jj],b[ii])
        P[jj,ii]=pc(a[jj],b[ii])

Tc = 293
Pc = 1e5
plt.figure()
plt.loglog(T,P,'b')
plt.loglog(T.T,P.T,'r')
plt.loglog([Tc,Tc],[1e2,Pc],'g')
plt.loglog([1,Tc],[Pc,Pc],'g')
plt.xlabel('Tc')
plt.ylabel('Pc')
plt.title('critical point for different a and b')
plt.xlim((1e1,1e4))
plt.ylim((1e3,1e8))


bc = R*Tc/(8*Pc)
ac = 27*bc*bc*Pc
vc = bc/(4*Na)
rc = np.power(3*vc/(4*pi),1./3.)
t = '  a=%.1f, b=%.4f; r=%.2e'%(ac,bc,rc)
plt.annotate(t, xy=(Tc,Pc), verticalalignment='top')
plt.annotate('increasing b', xy=(0.4, 0.1), xycoords='axes fraction',
                xytext=(0.2, 0.6), textcoords='axes fraction',
                arrowprops=dict(facecolor='blue', edgecolor='none', shrink=0.05),
                horizontalalignment='right', verticalalignment='top',
                )
plt.annotate('increasing a', xy=(0.8, 0.6), xycoords='axes fraction',
                xytext=(0.3, 0.7), textcoords='axes fraction',
                arrowprops=dict(facecolor='red', edgecolor='none', shrink=0.05),
                horizontalalignment='right', verticalalignment='top',
                )
plt.show()

Критическое давление определяется выражением

$$P_c=\frac{a}{27b^2},$$ а критическая температура $$T_c=\frac{8a}{27bR}=\frac{8bP_c}{R}.$$ Параметр $b$зависит от эффективного объема, занимаемого молекулами , $$b=4N_0V_0,$$ куда $V_0$объем молекулы и $N_0$есть число Авогадро.

Так что хотя бы теоретически можно выбрать$P_c=1\, \mathrm{atm}\approx 10^5\, \mathrm{Pa}$а также$T_c=273\, \mathrm{K}$а затем решить его для$b$,

$$b=\frac{RT_c}{8P_c}\approx 2.7\cdot 10^{-3},$$ что означает радиус молекулы $6.4\cdot 10^{-10}\, \mathrm{m}$, что разумно. Если вы хотите просто сделать модель, вы можете исправить $T_c=273\, \mathrm{K}$а также $a\sim 10^0$(это самое высокое значение, которое я видел), а затем решить для $P_c$а также $b$. Тогда вы увидите, как далеко от $1\, \mathrm{atm}$и типичный радиус $10^{-10}$решение есть.

Вещества-кандидаты также можно найти с использованием методов группового вклада, таких как методы Клинцевича и Джобака , которые предсказывают свойства вещества путем взвешенного подсчета атомных групп внутри молекулы. Оба вышеназванных метода предсказывают$T_c$а также$P_c$. Однако эти методы являются только эвристическими, и неясно, какова их область действия. В частности, они не могут различить изомеры молекулы, оказывающие существенное влияние на$T_c$а также$P_c$.

Все еще интересно посмотреть, какую информацию могут дать эти методы. Анализ формул и таблиц этих методов показывает, что доминирующая тенденция заключается в том, что$P_c$уменьшается с увеличением числа атомов и молекулярной массы, в то время как$T_c$со спецификой молекулы, обеспечивающей поправки на скорость этого эффекта. Это согласуется с отношениями между$T_c$,$P_c$и Ван дер Ваальс$b$в ответах @Floris и @Diracology, а также мой вывод о низкой$P_c$вещества среди крупных фторуглеродов.

Необходимость в больших молекулах подразумевает углеродную основу. Оставшиеся составляющие могут быть выбраны таким образом, чтобы попытаться свести к минимуму связанный с этим рост$T_c$. По методу Джобака. Фтор, по-видимому, является одним из лучших компонентов для этой цели.