Was ist ein überkritisches Gas?

Überkritisches Gas, besser bekannt als überkritisches Fluid, ist ein bestimmter Materiezustand, der sowohl Eigenschaften einer Flüssigkeit als auch eines Gases aufweist. Ein überkritisches Gas kann als ein Zwischenzustand zwischen Flüssigkeiten und Gasen angesehen werden. Überkritische Gase entstehen nur über dem thermodynamischen kritischen Punkt eines Materials. Dies bedeutet normalerweise hohe Drücke, oft zwischen etwa 40 und 80 Atmosphären, obwohl sie stark variieren. Einige kritische Punkte, insbesondere Wasser, sind bis zu 218 Atmosphären hoch und darüber hinaus. Überkritische Flüssigkeiten haben niedrige Viskositäten und hohe Diffusionsfähigkeiten.

Überkritische Gase können wie Gase in und durch Feststoffe diffundieren, lösen aber auch bestimmte Stoffe wie Flüssigkeiten. Überkritische Flüssigkeiten kommen in mindestens zwei Naturgebieten vor. Die erste betrifft hydrothermische Quellen und Unterwasservulkane auf dem Meeresboden, wo der Druck so groß ist, dass die Erzeugung eines überkritischen Gases möglich ist. Der Druck von 3 km unter Wasser beträgt 300 Atmosphären, mehr als genug. Ein weiteres natürliches überkritisches Gas ist die untere Atmosphäre der Venus, die an der Oberfläche sehr dicht und heiß ist (93 Atmosphären, 735 K). Seltsamerweise bedeutet dies, dass nur zwei Materiezustände auf der Oberfläche gefunden werden können: festes und überkritisches Gas. Konventionelle Flüssigkeiten und Gase gibt es dort nicht.

Überkritische Flüssigkeiten haben mindestens ein Dutzend industrielle Anwendungen. Eine davon ist die Extraktion überkritischer Flüssigkeiten, bei der überkritische Flüssigkeiten verwendet werden, um Material aus einer umgebenden Matrix zu extrahieren. Dies wird verwendet, um Koffein aus Kaffeebohnen zu extrahieren. Überkritisches Kohlendioxid saugt das Koffein direkt aus ihnen heraus. In ähnlicher Weise werden überkritische Flüssigkeiten beim überkritischen Trocknen verwendet, bei dem eine Flüssigkeit aus einer Matrix extrahiert wird. Dies wird zur Vorbereitung von biologischen Proben für die Elektronenmikroskopie sowie zur Synthese von Aerogel verwendet, einem Material, das 12 Guinness-Weltrekorde für Eigenschaften wie Leichtigkeit und Isolierung aufweist.

Durch überkritische Wasseroxidation werden gefährliche Abfälle oxidiert und für die Entsorgung sicher. Das Verfahren wird auch zur Synthese von Mikro- und Nanopartikeln für verschiedene pharmazeutische Anwendungen verwendet. Die Umkehrung der überkritischen Fluidextraktion wird als Imprägnierung bezeichnet, bei der ein Material in eine Matrix eingebracht und nicht entfernt wird. Die Liste geht weiter. Wie Sie sehen, gibt es zahlreiche Anwendungen für überkritische Flüssigkeiten.