24) Сверхкритические жидкости. Свойства и использование в нанотехнологиях.

СВЕРХКРИТИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ В ХИМИИ – (правильнее, сверхкритические флюиды) – четвертая форма агрегатного состояния вещества, в которую способны переходить многие органические и неорганические вещества при достижении определенной температуры и давления. Сверхкритическим флюидом (СКФ) — называют состояние вещества, при котором исчезает различие между жидкой и газовой фазой. Любое вещество, находящееся при температуре и давлении выше критической точки, является сверхкритическим флюидом. Свойства вещества в сверхкритическом состоянии промежуточные между его свойствами в газовой и жидкой фазе. Так, СКФ обладает высокой плотностью, близкой к жидкости, и низкой вязкостью, как газы. Коэффициент диффузии при этом имеет промежуточное между жидкостью и газом значение. Вещества в сверхкритическом состоянии могут применяться в качестве заменителей органических растворителей в лабораторных и промышленных процессах. Наибольший интерес и распространение в связи с определенными свойствами получили сверхкритическая вода и сверхкритический диоксид углерода. Одно из наиболее важных свойств сверхкритического состояния — это способность к растворению веществ. Изменяя температуру или давление флюида можно менять его свойства в широком диапазоне. Так, можно получить флюид, по свойствам близкий либо к жидкости, либо к газу. Растворяющая способность флюида увеличивается с увеличением плотности (при постоянной температуре). Поскольку плотность возрастает при увеличении давления, то меняя давление можно влиять на растворяющую способность флюида (при постоянной температуре). В случае с температурой завистимость свойств флюида несколько более сложная — при постоянной плотности растворяющая способность флюида также возрастает, однако вблизи критической точки незначительное увеличение температуры может привести к резкому падению плотности, и, соответственно, растворяющей способности. Сверхкритические флюиды неограниченно смешиваются друг с другом, поэтому при достижении критической точки смеси система всегда будет однофазной. Приблизительная критическая температура бинарной смеси может быть рассчитана как среднее арифмитическое от критических параметров веществ.

Одной из наиболее широких областей применения флюидов является экстракция. Самым распространенным растворителем для СКФ экстракции является углекислый газ, так как он дешев, экологичен, и имеет относительно невысокие критические температуру Tкрит и давление Pкрит.

СКФ экстракция имеет ряд значительных преимуществ перед экстракцией органическими растворителями[7]:

• получаемый экстракт не нуждается в очистке от растворителя;

• экологичность процесса ("зеленый процесс");

• в некоторых случаях экстракция может быть селективной за счет контроля плотности растворителя.

Флюид как среда для проведения реакций

Уникальная способность сверхкритического флюида растворять большие объемы газа, в особенности H2 и N2, вкупе с высоким коэффициентом диффузии, делает чрезвычайно перспективным его использование в качестве растворителя. Изменение температуры и давления позволяют влиять на свойства растворителя и маршрут реакции, что делает возможным более высокий выход целевого продукта. Также следует заметить что использование СКФ CO2 абсолютно экологично.