Каковы свойства веществ в сверхкритическом состоянии?
В сверхкритическом состоянии, в области выше критических температуры и давления не существует границы раздела фаз между жидкостью и газом, а есть единая текучая, относительно плотная, легко сжимаемая среда, не имеющая постоянного объема. В такой форме вещество, с одной стороны, все еще обладает существенной растворяющей способностью, подобно жидкостям, а с другой – обладает транспортными характеристиками, больше характерными для газов, – низкой вязкостью, легко варьируемой плотностью, высокими коэффициентами диффузии. Плотностью и растворяющей способностью сверхкритического флюида легко управлять, изменяя давление или температуру, поэтому при его использовании в качестве растворителя появляется нехарактерная для жидкостей возможность тонко настраивать растворяющую способность растворителя под конкретную задачу [1]. При этом физико-химические свойства СКФ изменяются от жидкоподобных до газоподобных не скачкообразно, а непрерывно и плавно. Благодаря отсутствию межфазного натяжения сверхкритические флюиды легко проникают в поры малого диаметра.
Соотношение плотности, вязкости и диффузии для разных состояний вещества приведены, для наглядности, в таблице.
| Физический параметр | Газ | Сверхкритический флюид | Жидкость |
|---|---|---|---|
| Плотность, кг/м3 | 1 | 100-800 | 1000 |
| Вязкость, мПа·с | 0,01 | 0,05-0,1 | 0,5-5,0 |
| Диффузия, мм2с-1 | 1-10 | 0,01-0,1 | 0,001 |
Суммируя, к свойствам сверхкритических флюидов относятся:
- управляемая растворяющая способность;
- управляемая, относительно высокая плотность;
- низкая вязкость и, как следствие, низкое вязкостное трение;
- высокий коэффициент диффузии веществ в них;
- отсутствие поверхностного, межфазного натяжения;
- высокая проникающая способность;
- легкая сжимаемость.
Такое сочетание свойств обуславливает интерес к сверхкритическим флюидам как средам для проведения транспортных химических процессов, в том числе экстракции и сепарации.
В качестве растворителей в сверхкритическом состоянии используется, например, этанол, диоксид углерода, закись азота и этилен. Этанол в состоянии СКФ приобретает способность растворять некоторые неорганические соли (CoCl2, KBr, KI), а диоксид углерода, закись азота, этилен и некоторые другие - растворяют многие органические вещества.
Более подробно свойства СКФ описаны в обзорах и монографиях [2-4].
Литература
- Y.Arai, T.Sako, Y.Takebayashi. Supercritical fluids: molecular interactions, physical properties and new applications. – Springer, Berlin, 2002.
- М.А.Анисимов, “Критические явления в жидкостях и жидких кристаллах.”, Москва, «Наука», 1987.
- McHugh M.A., Krukonis V.J., Super critical fluid extraction: principles and practice. Boston: Butterworth, 1996.
- М.А.Поляков, В.Н.Баграташвили, Российский Химический Журнал, XLIII (1999) 93 99.