Fluido Supercrítico

Um fluido supercrítico é uma substância a uma temperatura acima de seu ponto crítico, com propriedades intermediárias entre as de um líquido e as de um gás.

Um fluido supercrítico (SFC) é um material que pode ser líquido ou gás, usado em um estado acima da temperatura crítica e da pressão crítica em que gases e líquidos podem coexistir.

Não há tensão superficial em um fluido supercrítico, pois não há limite de fase líquido/gás.

Um fluido supercrítico não é um gás nem um líquido, mas uma fase única com propriedades entre os dois.

O que é um fluido supercrítico?

Um fluido supercrítico é uma substância que foi aquecida acima do seu ponto crítico. O ponto crítico de uma substância é o ponto em que a pressão crítica e a temperatura crítica coexistem, permitindo que a substância exista em suas formas líquida e gasosa em equilíbrio. O resultado de levar uma substância além desse ponto é que um fluido tem as propriedades de dissolução de um líquido, mas as propriedades de difusão de um gás. Isso significa que ele pode dissolver substâncias como um líquido enquanto se expande para encher um recipiente como um gás.

Essas propriedades exclusivas permitem que seja usado em diferentes indústrias.

Quando uma substância é tomada acima de seu ponto crítico, ela se torna um fluido supercrítico.

Para que um fluido se torne supercrítico, uma pessoa deve conhecer a temperatura crítica e a pressão crítica.

Normalmente, um gás a alta temperatura pode ser transformado em líquido com a adição de pressão, e um líquido a alta pressão pode se transformar em gás com a adição de calor.

A pressão crítica é a pressão acima da qual uma substância não pode existir como gás, apesar de quão alta é a temperatura. Da mesma forma, a temperatura crítica é o ponto acima do qual uma substância não pode ser um líquido, apesar de quão alta a pressão é.

Quando uma substância é aquecida acima da temperatura crítica e colocada sob uma pressão acima da pressão crítica, ocorre um fenômeno interessante. A substância não pode ser um líquido ou um gás.

Pelo contrário, tem as propriedades de ambos. As linhas entre as fases da matéria praticamente desaparecem e o fluido altera as propriedades.

O novo fluido supercrítico possui propriedades tanto de um líquido quanto de um gás.

Um fluido supercrítico que é frequentemente usado é o dióxido de carbono. É uma boa substância transformar-se em um fluido supercrítico porque sua temperatura crítica é de 31,8°C e sua pressão crítica é cerca de 55.480 mm Hg.

Uma vez que é um fluido supercrítico, as propriedades do dióxido de carbono podem ser alteradas com alterações de temperatura e pressão.

Por exemplo, manipular a pressão pode alterar quais substâncias se dissolverão no fluido. Como o dióxido de carbono é uma molécula não polar, podem ser adicionados modificadores para aumentar sua capacidade de dissolver moléculas polares.

Alguns fluidos supercríticos podem ser usados para extrair uma quantidade maior de uma substância desejada em um período mais curto de tempo.

Essas e outras propriedades permitem que elas sejam usadas em uma vasta gama de indústrias. A indústria alimentícia e farmacêutica, por exemplo, pode usar o fluido para extrair certos compostos dos alimentos.

Usando um fluido supercrítico, como dióxido de carbono, um cientista pode extrair ácidos graxos, óleos e antioxidantes sem deixar resíduos químicos no extrato.

O dióxido de carbono supercrítico também tem uma temperatura relativamente baixa, portanto pode ser usado nos casos em que um produto químico não pode ser exposto a altas temperaturas.

O que significa “supercrítico”?

Qualquer substância é caracterizada por um ponto crítico obtido em condições específicas de pressão e temperatura.

Quando um composto é submetido a uma pressão e a uma temperatura mais alta que seu ponto crítico, o fluido é considerado “supercrítico“.

Na região supercrítica, o fluido exibe propriedades particulares e possui um comportamento intermediário entre o de um líquido e um gás. Em particular, os fluidos supercrônicos (SCFs) possuem densidades do tipo líquido, viscosidades e difusões do tipo gás intermediárias à de um líquido e um gás.

O fluido é dito “supercrítico” quando é aquecido, obtém sua temperatura crítica e comprimido, sua pressão circular.

Esse comportamento específico das substâncias foi observado pela primeira vez em 1822 pelo engenheiro e físico francês Charles Cagniard de La Tour em seu famoso experimento de canhão.

Foi então definido como fluido supercrítico pelo químico irlandês Thomas Andrews.

Os fluidos supercríticos mais amplamente utilizados são CO₂ e água.

Propriedades dos fluidos supercríticos

Um fluido supercrítico é qualquer substância a uma temperatura e pressão acima do seu ponto crítico, onde não existem fases distintas de líquido e gás. Isso pode ser racionalizado pensando que, a temperaturas suficientemente altas (acima da temperatura crítica), a energia cinética das moléculas é alta o suficiente para superar quaisquer forças intermoleculares que condensariam a amostra na fase líquida.

Por outro lado, pressões suficientemente altas (acima da pressão crítica) não permitiriam que uma amostra permanecesse no estado gasoso puro. Portanto, é alcançado um equilíbrio entre essas duas tendências e a substância existe em um estado entre um gás e um líquido.

O que é um gás supercrítico?

O gás supercrítico, mais conhecido como fluido supercrítico, é um estado distinto da matéria que possui propriedades tanto de um líquido quanto de um gás.

Um gás supercrítico pode ser considerado um estado intermediário entre líquidos e gases. Gases supercríticos são criados apenas acima do ponto crítico termodinâmico de um material.

Isso geralmente significa altas pressões, geralmente entre 40 e 80 atmosferas, embora varie bastante. Alguns pontos críticos, principalmente a água, chegam a 218 atmosferas e além.

Fluidos supercríticos têm baixa viscosidade e alta difusividade.

Gases supercríticos podem se difundir para dentro e através de sólidos como um gás, mas também dissolvem certos materiais como um líquido.

Fluidos supercríticos são encontrados em pelo menos duas áreas da natureza.

O primeiro é em torno de fontes hidrotermais e vulcões submarinos no fundo do oceano, onde a pressão é tão grande que a criação de um gás supercrítico é possível. A pressão de 3 km debaixo d’água é de 300 atmosferas, mais do que suficiente.

Outro gás supercrítico natural é a atmosfera mais baixa de Vênus, que é muito densa e quente (93 atmosferas, 462 °C) na superfície.

Curiosamente, isso significa que apenas dois estados da matéria podem ser encontrados na superfície: gás sólido e supercrítico. Líquidos e gases convencionais não existem lá.

Os fluidos supercríticos têm pelo menos uma dúzia de aplicações industriais. Uma é a extração supercrítica de fluidos, onde fluidos supercríticos são usados para extrair algum material de uma matriz circundante.

Isso é usado para extrair cafeína dos grãos de café. O dióxido de carbono supercrítico suga a cafeína diretamente deles. Da mesma forma, fluidos supercríticos são usados na secagem supercrítica, que extrai um líquido de uma matriz. Isso é usado na preparação de amostras biológicas para microscopia eletrônica, bem como na síntese de aerogel, um material que possui 12 recordes mundiais do Guinness por propriedades como leveza e isolamento.

A oxidação supercrítica da água é usada para oxidar resíduos perigosos, tornando-os seguros para o descarte. O processo também é usado para sintetizar micro e nanopartículas para várias aplicações farmacêuticas.

O reverso da extração de fluido supercrítico é chamado impregnação, pelo qual um material é introduzido em uma matriz em vez de removido. A lista continua. Como você pode ver, as aplicações de fluidos supercríticos são numerosas.

O que é extração supercrítica?

A extração supercrítica é um método de separação para soluções que envolvem o uso de fluidos supercríticos.

Esses fluidos são levados a um estado de calor e pressão tão altos que agem como um gás e um líquido e não sofrem mais alterações de fase. O dióxido de carbono é um material popular para esse processo, embora outros compostos também possam ser usados. Existem algumas vantagens na extração supercrítica que a tornam útil para uma variedade de aplicações, embora também possa ser cara de executar, o que é uma limitação.

Neste procedimento, os técnicos levam o dióxido de carbono ou outros materiais a um ponto supercrítico e permitem que ele flua para uma câmara de extração. Isso atua como um solvente para separar os constituintes de uma mistura.

Por exemplo, uma empresa poderia usar a extração supercrítica para extrair cafeína do café com alterações mínimas no próprio café para tratar de preocupações sobre sabor e integridade.

Uma vantagem dessa técnica é que ela é ecológica. Os solventes não são perigosos e, no caso de dióxido de carbono e muitos outros compostos, alterar a temperatura permite que o solvente se dissipe em uma armadilha para que não contamine o produto final. A captura permite que as empresas reutilizem o material repetidamente, o que reduz a demanda por solventes e evita sua liberação no ambiente.

Esse método também é muito mais rápido que outros métodos usados para extração. A extração supercrítica pode levar menos de uma hora, em contraste com horas ou, às vezes, dias exigidos por outros métodos.

Isso pode compensar o aumento da despesa associada à configuração de um sistema capaz de extração supercrítica.

O equipamento precisa ser capaz de atingir e reter alto calor e pressão durante todo o processo para garantir estabilidade e consistência, e isso pode ser dispendioso de implementar.

É possível ajustar os produtos finais variando a pressão. Isso permite que as empresas controlem o que extraem usando esse método; no processamento de óleo essencial, por exemplo, os técnicos podem levantar alguns lipídios e não outros.

O alto controle disponível com extração supercrítica pode torná-lo útil para atividades como o processamento de amostras científicas ou a produção de produtos de altíssima pureza.

A produção industrial é uma aplicação para extração supercrítica. Também pode ser usado para preparar e testar amostras em ambientes de laboratório, como instalações forenses e de pesquisa.

O equipamento para essas aplicações pode ser menor, pois os técnicos não precisam processar grandes volumes de material.

Fonte: www.supercriticalfluid.org/chem.libretexts.org/courses.lumenlearning.com/www.yourdictionary.com/www.wisegeek.org/www.supercriticalfluids.com/energyeducation.ca/www.nottingham.ac.uk