Ülekriitiline fluidum

Tüüpiline aine olekudiagramm olenevalt rõhust ja temperatuurist. Kolmikpunkti koordinaadid on P_tp ja T_tp ning kriitilise punkti koordinaadid on P_cr ja T_cr. Kriitilisest punktist edasi on aine ülekriitilise fluidumi omadustega

Ülekriitiliseks fluidumiks ehk ülekriitiliseks vooliseks nimetatakse ainet, mille rõhk ja temperatuur on tema kriitilise punkti väärtustest kõrgemad. Seda olekut nimetatakse ülekriitiliseks olekuks (superkriitiline olek).

Iga aine olekudiagrammil on vedeliku ja aurufaasi tasakaalu kõveral (keemiskõveral) olemas kriitiline punkt, millest kõrgemal algab ülekriitiline piirkond. Kriitilisest punktist edasi on vedelik ja selle aur eraldamatud ning on kadunud erinevus vedela ja gaasilise oleku vahel.

Kriitilisest punktist kõrgematel rõhkudel ja temperatuuridel muudab temperatuuri ja rõhu muutus ainult fluidumi tihedust, kuid ei põhjusta ülekriitilise fluidumi üleminekut vedelasse või gaasilisse faasi. Ainete segude puhul on olukord sageli väga komplitseeritud kriitiliste punktide ja ülekriitiliste piirkondade määramisel, kuid see ei mõjuta kõige olulisemat – gaasilise ja vedela oleku eristamatust. Kriitilise punkti parameetrid on iga aine jaoks ainulaadsed.

Kasutamine

Kriitilise punkti ümbruses väikestele rõhu ja temperatuuri muutustele vastavad suured muutused fluidumi tiheduses ja teistes füüsikalistes omadustes nagu viskoossus, difusioon, dielektriline läbitavus, soojusjuhtivus jm. Kuna ülekriitiliste fluidumite omadused on tavalistest lahustitest erinevad, võib nende kasutamine omada olulisi eelised ekstraktsioonil või reaktsioonikeskkonnana, kuna kombineeruvad gaasi sarnased massi ülekandeomadused ja vedeliku sarnased lahustamise omadused. Sellele lisaks saab neid omadusi laiades piirides muuta ja tulemuseks on lahusti lahustamisvõime varieerimine. Siit tuleneb fluidumi kasutamisel ekstrahendina võimalus selektiivseks ekstraktsiooniks ühe ja sama lahustiga. Praktikas kasutatakse kõige enam ülekriitilises olekus süsinikdioksiidi ja vett.

Kõige enam kasutatakse ülekriitilisi vedelikke:

ekstrahendina superkriitilise ekstraktsiooni protsessides
liikuva faasina ülekriitilise fluidumi kromatograafias
reaktsiooni keskkonnana

Ajalugu

Uurides ainete omadusi kõrgetel rõhkudel ja temperatuuridel tegi parun Charles Cagniard de la Tour 1822. aastal kindlaks ainetel kriitilise punkti olemasolu.

Alles 1978. aastast rakendati esmakordselt tööstuses kofeiini superkriitilist ekstraktsiooni kohviubadest.

Ainete kriitilisi parameetreid

Tabel. Mõnede ainete kriitilised parameetrid

Lahusti	Kriitiline temperatuur, °C	Kriitiline rõhk, atm	Tihedus kriitilises punktis, g/cm³
süsinikdioksiid	31,1	72,8	0,468
vesi	374	218	0,315
metanool	240	79,9	0,272
etanool	241	60,6	0,276
atsetoon	235	46,4	0,278
ksenoon	16,6	57,6	1,113
ammoniaak	132	111	0,235

Vaata ka