Stare supercritică

Această intrare sau secțiune despre subiectul fizicii nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor . Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Diagrama de stare a dioxidului de carbon, unde este vizibilă zona în care apare starea supercritică ( fluidul supercritic ).

Se spune că o substanță se află într-o stare supercritică atunci când se află în condiții de temperatură peste temperatura critică și presiune peste presiunea critică . ^[1] În aceste condiții, proprietățile substanței sunt parțial similare cu cele ale unui lichid (de exemplu, densitatea ) și parțial similare cu cele ale unui gaz (de exemplu, vâscozitatea ).

Substanțele în stare supercritică sunt utilizate ca solvenți industriali, înlocuind cei organici. În special, dioxidul de carbon supercritic este utilizat pe scară largă.

Introducere

În 1822, baronul Charles Cagniard de la Tour a descoperit punctul critic al unei substanțe în experimentele sale cu tunurile. Ascultând discontinuitățile din zgomotul unei mingi de silex într-un pistol sigilat care conțin fluide la diferite temperaturi, el a observat temperatura critică. Peste această temperatură, densitățile fazelor lichide și gazoase devin egale și fazele în sine devin indistincte: rezultă o singură fază fluidă supercritică. Fazele unui element sau compus pot fi studiate pe diagrame speciale de faze .

Proprietate

În termeni generali, substanțele aflate într-o stare supercritică au proprietăți intermediare între cele ale unui gaz și ale unui lichid. În plus, nu există tensiune superficială într-o substanță într-o stare supercritică, din cauza inexistenței legăturilor lichid / gaz.

Prin modificarea presiunii și temperaturii substanței, proprietățile caracteristice pot fi apropiate de cele ale lichidului sau gazului. Una dintre cele mai importante proprietăți este aceea a solubilității unei alte substanțe într-o substanță într-o stare supercritică: solubilitatea tinde să crească odată cu densitatea substanței în stare supercritică (la temperatură constantă). Deoarece densitatea crește odată cu presiunea, solubilitatea, prin urmare, tinde să crească odată cu presiunea.

Legătura cu temperatura este mai complexă. La presiune constantă, solubilitatea crește odată cu temperatura, dar pe măsură ce punctul critic este abordat, densitatea poate scădea dramatic cu o ușoară creștere a temperaturii. Prin urmare, aproape de valoarea critică a temperaturii, solubilitatea scade adesea odată cu creșterea temperaturii și apoi crește din nou.

Toate substanțele în stare supercritică sunt complet miscibile între ele, din care rezultă că este posibil să se obțină un amestec monofazic de fluide dacă se depășește punctul critic al amestecului dorit. Punctul critic al unui amestec binar poate fi estimat cu media aritmetică a temperaturilor și presiunilor critice ale celor două componente.

${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">T.</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">m</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">the</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">X</span></span>}}^{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">c</span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">=</span></span>{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">X</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">LA</span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\cdot </span></span>{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">T.</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">LA</span></span>}}^{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">c</span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">+</span></span>{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">X</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">B.</span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\cdot </span></span>{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">T.</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">B.</span></span>}}^{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">c</span></span>}}}${\ displaystyle T_ {mix} ^ {c} = x_ {A} \ cdot T_ {A} ^ {c} + x_ {B} \ cdot T_ {B} ^ {c}}

in care ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">T.</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">m</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">the</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">X</span></span>}}^{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">c</span></span>}}}${\ displaystyle T_ {mix} ^ {c}} este temperatura critică a amestecului , ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">T.</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">LA</span></span>}}^{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">c</span></span>}}}${\ displaystyle T_ {A} ^ {c}} Și ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">T.</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">B.</span></span>}}^{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">c</span></span>}}}${\ displaystyle T_ {B} ^ {c}} temperaturile critice ale componentelor individuale, ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">X</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">LA</span></span>}}}${\ displaystyle x_ {A}} ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">X</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">B.</span></span>}}}${\ displaystyle x_ {B}} fracțiile lor molare .

Tabelul de proprietăți

Proprietățile critice ale unor solvenți folosiți în mod obișnuit ca substanțe supercritice.

Aplicații

Extracţie

Avantajele extracției cu substanțe într-o stare supercritică (comparativ cu extracția cu lichide) rezidă mai ales în viteza operației, având în vedere vâscozitatea redusă și difuzivitatea ridicată a supercriticelor. Extracțiile pot fi făcute selectiv prin controlul densității mediului, iar materialul extras este ușor recuperat prin scăderea presiunii, permițând supercriticului să revină în faza gazoasă și să se evapore, lăsând câteva urme de solvent. Aceasta este o tehnică utilizată pe scară largă în decofeinizarea boabelor de cafea neprăjite, în extracția hameiului pentru producerea berii și a producției de uleiuri esențiale și produse farmaceutice derivate din plante.

Spălare uscată

Dioxidul de carbon supercritic poate fi utilizat ca solvent în loc de PERC ( percloroetilenă ) sau alte substanțe toxice. Detergenții solubili în dioxid de carbon îmbunătățesc puterea de solvatare a solventului însuși.

Notă

Elemente conexe

• Cromatografia fluidelor supercritice
• Punct critic (termodinamică)
• Stare termodinamică

linkuri externe

• ( EN ) Stare supercritică , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

V · D · M Stări ale materiei
Principal	Solid · Lichid · Aeriform · Plasmă · Condensat Bose-Einstein
Schimbări de stare	Fuziune · Solidificare · Cristalizare · Punct de topire · Fierbere · Evaporare · Condensare · Sublimare · îngheț
Amestecuri	Suspensie · Dispersie · Soluție · Ligă · Coloid · Aerosol · Ceață · Spray lichid · Fum · Particule · Pulbere · Spumă · Emulsie · Sol · Aerogel · Gel · spumă solidă · Amestec gazos
Alții	Gaz · abur · Fluid · Ideal gazelor · gazelor reale · fluidul supercritic · superfluid · supersolid · Supervetro · Condensat fermionice · degenerată Matter · ciudat Materia · plasmă quarc-gluon · cristale lichide · Ideal de lichid · Rydberg materie · polaron Rydberg · quark Matter · spin cuantic Lichid · Eccitonio · Exciton legat de foton · lanț de fuziune fost
Concepte	Punct triplu · Punct critic · Ecuația de stare · Curba de răcire · Faza · Solidus · Liquidus

Portalul chimiei

Portalul de fizică