Fluidos con punto crítico a temperatura y presión ordinarias

Si existe una respuesta depende de su definición de "cerca" en comparación con STP.

Hay algunos fluidos que tienen su punto crítico a una temperatura cercana a STP, pero a una presión más alta. Por ejemplo, (ver 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

Todas estas son moléculas no polares con una masa atómica muy modesta. Tan pronto como agrega oxígeno, la temperatura crítica aumenta mucho, mientras que la presión disminuye solo un poco:

acetone       508       48
acetaldehyde  466       55

El problema es que para que exista un punto crítico cerca de la presión atmosférica, su líquido debe tener una densidad cercana a la del vapor a presión atmosférica. Y eso requeriría un líquido de densidad extremadamente baja. O un gas de alta densidad.

ACTUALIZAR

Es posible (como lo muestra @Diracology) estimar los coeficientes de Van der Waals de la sustancia que tendría las propiedades deseadas. Siguiendo esos cálculos (para los cuales se puede encontrar una derivación aquí ), calculé los coeficientes de Van der Waals$a$y$b$por unas pocas moléculas pequeñas. Trazar el volumen (calculado a partir de parámetros críticos) contra el número de átomos en estas moléculas da una "línea recta razonable". Cuando extrapolo esa línea (que NO es algo razonable), encuentro que la molécula X contendría alrededor de 300 átomos:

(nota: mientras muestro la presión en atm en la tabla, la convierto a Pa para el cálculo).

Como puede ver, lo difícil es obtener una molécula con una atracción intermolecular tan alta (a = 25; la molécula más polar de la lista, la acetona, tiene a = 1.6, por lo que está a unas 15 veces de su objetivo); pero si quieres jugar con tu modelo de computadora para crear tal molécula, creo que podría ser divertido.

Solo para ayudar con la optimización, aquí hay un gráfico que muestra el comportamiento de$a$y$b$y su efecto de$T_c$y$P_c$(El código fuente para generar esto se muestra a continuación).

Y el código fuente:

#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()

La presión crítica está dada por

$$P_c=\frac{a}{27b^2},$$ mientras que la temperatura crítica es $$T_c=\frac{8a}{27bR}=\frac{8bP_c}{R}.$$ El parámetro $b$está relacionado con el volumen efectivo ocupado por las moléculas , $$b=4N_0V_0,$$ dónde $V_0$es el volumen de la molécula y $N_0$es el número de Avogadro.

Entonces, al menos en teoría, puedes elegir$P_c=1\, \mathrm{atm}\approx 10^5\, \mathrm{Pa}$y$T_c=273\, \mathrm{K}$y luego resolverlo para$b$,

$$b=\frac{RT_c}{8P_c}\approx 2.7\cdot 10^{-3},$$ lo que significa un radio de molécula de $6.4\cdot 10^{-10}\, \mathrm{m}$, lo cual es razonable. Si solo quieres hacer un modelo, puedes arreglar $T_c=273\, \mathrm{K}$y $a\sim 10^0$(que es el valor más alto que he visto) y luego resolver para $P_c$y $b$. Entonces encontrarás qué tan lejos de $1\, \mathrm{atm}$y un radio típico $10^{-10}$la solucion es.

Las sustancias candidatas también se pueden encontrar mediante métodos de contribución de grupos , como los métodos de Klincewicz y Joback , que predicen las propiedades de las sustancias mediante recuentos ponderados de grupos atómicos dentro de la molécula. Ambos métodos mencionados anteriormente predicen$T_c$y$P_c$. Sin embargo, estos métodos son solo heurísticos y no está claro cuál es su dominio de validez. En particular, no pueden distinguir entre los isómeros de una molécula que tienen efectos significativos sobre$T_c$y$P_c$.

Todavía es interesante ver qué información pueden proporcionar estos métodos. La inspección de la fórmula y las tablas de estos métodos muestra que la tendencia dominante es que$P_c$disminuye con el aumento del número de átomos y el peso molecular, mientras que$T_c$con los detalles de la molécula proporcionando correcciones a la tasa de este efecto. Esto es consistente con la relación entre$T_c$,$P_c$y Van der Waals$b$en las respuestas de @Floris y @Diracology, así como mi hallazgo de baja$P_c$sustancias entre los grandes fluorocarbonos.

La necesidad de moléculas grandes implica una columna vertebral de carbono. Los constituyentes restantes pueden elegirse para tratar de minimizar el aumento asociado en$T_c$. Según el método Joback. El flúor parece ser uno de los mejores constituyentes para este propósito.