Co to jest gaz nadkrytyczny?

Gaz nadkrytyczny, bardziej poprawnie znany jako płyn nadkrytyczny, jest odrębnym stanem materii, który ma właściwości zarówno cieczy, jak i gazu. Gaz nadkrytyczny można uznać za stan pośredni między cieczami a gazami. Gazy nadkrytyczne powstają tylko powyżej termodynamicznego punktu krytycznego materiału. Zazwyczaj oznacza to wysokie ciśnienie, często pomiędzy około 40 a 80 atmosfer, choć znacznie się różni. Niektóre punkty krytyczne, zwłaszcza woda, mają aż 218 atmosfer i więcej. Płyny nadkrytyczne mają niską lepkość i wysoką dyfuzyjność.

Gazy nadkrytyczne mogą dyfundować do i przez ciała stałe jak gaz, ale także rozpuszczają niektóre materiały, takie jak ciecz. Płyny nadkrytyczne występują w co najmniej dwóch obszarach przyrody. Pierwszy dotyczy kominów hydrotermalnych i podwodnych wulkanów na dnie oceanu, gdzie ciśnienie jest tak duże, że możliwe jest wytworzenie gazu nadkrytycznego. Ciśnienie 3 km pod wodą wynosi 300 atmosfer, co więcej niż wystarcza. Innym naturalnym gazem nadkrytycznym jest dolna atmosfera Wenus, która jest bardzo gęsta i gorąca (93 atmosfery, 735 K) na powierzchni. Co dziwne, oznacza to, że na powierzchni można znaleźć tylko dwa stany materii: gaz stały i nadkrytyczny. Nie istnieją tam konwencjonalne ciecze i gazy.

Płyny nadkrytyczne mają co najmniej kilkanaście zastosowań przemysłowych. Jednym z nich jest ekstrakcja płynu nadkrytycznego, gdzie płyny nadkrytyczne są wykorzystywane do wydobywania części materiału z otaczającej matrycy. Służy do ekstrakcji kofeiny z ziaren kawy. Nadkrytyczny dwutlenek węgla wysysa kofeinę z nich. Podobnie płyny nadkrytyczne stosuje się w suszeniu nadkrytycznym, które ekstrahuje ciecz z matrycy. Jest to wykorzystywane do przygotowania próbek biologicznych do mikroskopii elektronowej, a także do syntezy aerożelu, materiału, który posiada 12 światowych rekordów Guinnessa za właściwości takie jak lekkość i izolacja.

Nadkrytyczne utlenianie wody służy do utleniania niebezpiecznych odpadów, dzięki czemu można je bezpiecznie usuwać. Proces ten jest również wykorzystywany do syntezy mikro i nanocząstek do różnych zastosowań farmaceutycznych. Odwrotna ekstrakcja płynu nadkrytycznego nazywa się impregnacją, w której materiał jest wprowadzany do matrycy, a nie usuwany. I tak dalej. Jak widać, zastosowania płynów nadkrytycznych są liczne.