Kas ķīmijā ir kritiskais punkts?

Kritiskais punkts ir termins, ko izmanto termodinamikā, lai aprakstītu spiediena un temperatūras stāvokli, pēc kura pārstāj pastāvēt atšķirības starp fāzēm, īpaši starp gāzi un šķidrumu. Pārsniedzot šādu punktu, viela nav ne pilnīgi šķidra, ne pilnīgi gāzveida; tas parāda gan šķidrās, gan gāzes fāzes īpašības, un to sauc par superkritisku šķidrumu. Ir arī tāda lieta kā šķidruma-šķidruma kritiskais punkts. Šāds punkts apzīmē temperatūras, spiediena un sastāva apstākļus, pēc kuriem maisījums sadalīsies divās vai vairākās dažādās šķidruma fāzēs.

Konkrētas vielas kritiskais punkts bieži tiek apskatīts fāzes diagrammā, diagrammā, kas parāda vielas uzvedību dažādos temperatūras un spiediena apstākļos. Šāda diagramma parāda, piemēram, līkni, kas attēlo līdzsvaru starp šķidro un gāzveida fāzi. Vienā līnijas pusē augstākā temperatūrā un zemākā spiedienā viela atrodas gāzveida fāzē. Līnijas otrā pusē zemākā temperatūrā un augstākā spiedienā viela atrodas šķidrā fāzē. Pie pietiekami augstā temperatūrā un spiedienā šī līnija beidzas vienā punktā, aiz kura pazūd šķidrās un gāzes fāzes atšķirība – kritiskais punkts.

Superkritiskajiem šķidrumiem, kas pastāv ārpus vielas kritiskā punkta, ir daudz dažādu īpašību, kas atgādina gan šķidrumu, gan gāzu īpašības. Tāpat kā šķidrumi, arī superkritiskie šķidrumi var kalpot kā šķīdinātāji; tie var izšķīdināt citas vielas. Tomēr, tāpat kā gāzēm, tām nav virsmas spraiguma.

Virskritiskie šķidrumi, kas pastāv ārpus kritiskā punkta, dabā ir salīdzinoši reti, taču tie pastāv. Piemēram, dziļjūras vulkāni atrodas dziļi okeānā un izdala ārkārtīgi karstas vielas ārkārtīgi augsta spiediena apstākļos okeāna dibenā. Tas uzsilda ūdeni ap vulkānu, virzot to ārpus tā kritiskā punkta un pārvēršot to par superkritisko šķidrumu. Dažas planētas, jo īpaši gāzes milži, satur vielas, kuru kodolos ir ļoti augsta temperatūra un spiediens. Augstās temperatūras un spiediena apstākļi ievērojami pārsniedz iesaistīto vielu kritisko punktu, tāpēc tie pastāv kā superkritiski šķidrumi.

Ir daudz dažādu superkritisko šķidrumu pielietojumu zinātnē, rūpniecībā un citās jomās. To šķīdības īpašības padara tās noderīgas ķīmiķiem noteiktu vielu šķīdināšanai. Tos var izmantot arī biodīzeļdegvielas ražošanā. Piemēram, superkritiskais metanols tiek pakļauts virknei reakciju, kuru rezultātā tiek iegūts izmantojamās degvielas daudzums.