Was ist in der Chemie ein kritischer Punkt?
Kritischer Punkt ist ein Begriff, der in der Thermodynamik verwendet wird, um einen Druck- und Temperaturzustand zu beschreiben, ab dem keine Unterscheidung zwischen Phasen, insbesondere zwischen Gas und Flüssigkeit, mehr besteht. Jenseits eines solchen Punktes ist eine Substanz weder vollständig flüssig noch vollständig gasförmig; es zeigt Eigenschaften sowohl der flüssigen Phase als auch der Gasphase und wird als überkritisches Fluid bezeichnet. Es gibt auch so etwas wie einen Flüssig-Flüssig-kritischen Punkt. Ein solcher Punkt bezeichnet Bedingungen der Temperatur, des Drucks und der Zusammensetzung, ab denen sich ein Gemisch in zwei oder mehr verschiedene flüssige Phasen trennt.
Der kritische Punkt eines bestimmten Stoffes wird häufig in einem Phasendiagramm angezeigt, einem Diagramm, das das Verhalten des Stoffes bei verschiedenen Temperatur- und Druckbedingungen zeigt. Ein solches Diagramm zeigt beispielsweise eine Kurve, die das Gleichgewicht zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase darstellt. Auf einer Seite der Leitung befindet sich die Substanz bei höherer Temperatur und niedrigerem Druck in der Gasphase. Auf der anderen Seite der Leitung befindet sich die Substanz bei niedrigerer Temperatur und höherem Druck in der flüssigen Phase. Bei ausreichend hoher Temperatur und hohem Druck endet diese Leitung an einem einzigen Punkt, hinter dem die Flüssig-Gas-Phasendifferenz verschwindet - dem kritischen Punkt.
Überkritische Flüssigkeiten, die über den kritischen Punkt eines Stoffes hinaus existieren, haben viele verschiedene Eigenschaften, die an die Eigenschaften von Flüssigkeiten und Gasen erinnern. Wie Flüssigkeiten können auch überkritische Flüssigkeiten als Lösungsmittel dienen. Sie können andere Substanzen auflösen. Sie haben jedoch wie Gase keine Oberflächenspannung.
Die überkritischen Flüssigkeiten, die jenseits des kritischen Punktes existieren, sind von Natur aus relativ selten, existieren jedoch. Tiefsee-Vulkane zum Beispiel existieren tief im Ozean und geben extrem heiße Substanzen an die extremen Hochdruckbedingungen am Meeresboden ab. Dies erwärmt das Wasser um den Vulkan herum, drückt es über seinen kritischen Punkt hinaus und verwandelt es in eine überkritische Flüssigkeit. Einige Planeten, insbesondere Gasriesen, enthalten Substanzen mit sehr hohen Temperatur- und Druckbedingungen in ihren Kernen. Die hohen Temperatur- und Druckbedingungen liegen weit über dem kritischen Punkt für die beteiligten Substanzen und liegen daher als überkritische Flüssigkeiten vor.
Es gibt viele verschiedene Anwendungen für überkritische Flüssigkeiten in Wissenschaft, Industrie und anderen Bereichen. Ihre Löslichkeitseigenschaften machen sie für Chemiker nützlich, um bestimmte Substanzen aufzulösen. Sie können auch zur Herstellung von Biodieselkraftstoffen verwendet werden. Beispielsweise wird überkritisches Methanol einer Reihe von Reaktionen unterzogen, die zu einer Menge an verwendbarem Kraftstoff führen.