Fluidi supercritici: diagrammi di fase

I fluidi supercritici, noti anche come SCF, sono sostanze che si trovano a una temperatura e pressione superiori a quelle critiche, presentando proprietà simili sia a un liquido che a un gas. Questo straordinario comportamento delle sostanze fu osservato per la prima volta nel lontano 1822 dall’ingegnere francese Charles Cagniard de La Tour, mentre il chimico irlandese Thomas Andrews coniò successivamente la locuzione “fluido supercritico”.

Impatto ambientale dei fluidi supercritici

Lo sviluppo di tecnologie alternative a basso impatto ambientale per la produzione di sostanze con proprietà speciali su misura è di fondamentale importanza. Ridotto consumo di energia, minori residui tossici, maggiore efficienza nella conversione dei reagenti e prodotti finali di migliore qualità e sicurezza sono obiettivi primari per i processi futuri. Le tecnologie ad alta pressione si rivelano essere strumenti innovativi per soddisfare tali esigenze, permettendo lo sviluppo di processi in grado di generare nuovi prodotti con caratteristiche uniche.

Proprietà dei fluidi supercritici

I fluidi supercritici presentano una serie di proprietà fisico-chimiche uniche: simili alla viscosità e diffusività dei gas, alla densità e costante dielettrica dei liquidi, e con proprietà di solvatazione controllabili attraverso pressione e temperatura. Queste caratteristiche li rendono eccellenti solventi per diverse applicazioni. In natura, ad esempio, si possono trovare dell’acqua supercritica nelle vicinanze delle eruzioni dei vulcani sottomarini.

Acqua come esempio di fluido supercritico

Un esempio è rappresentato dall’acqua, che sotto determinate condizioni di pressione e temperatura può assumere lo stato supercritico. Aumentando la temperatura, la pressione del vapore dell’acqua aumenta seguendo il diagramma di fase dell’acqua. A temperature elevate, come 374°C a 218 atm, l’acqua passa in uno stato supercritico, caratterizzato da proprietà intermedie tra liquido e gas.

I fluidi supercritici, comportandosi in modo simile ai gas ma con una densità più elevata, possono agire come solventi. In questo stato, le molecole acqua non presentano legami ad idrogeno, permettendo loro di muoversi liberamente e aumentare la capacità solvente. L’acqua supercritica, pertanto, offre interessanti prospettive nell’ambito delle tecniche di lavorazione e soluzione di sostanze.

L’utilizzo dell’anidride carbonica in acqua supercritica

L’acqua supercritica ha una bassa costante dielettrica simile a quella dei composti organici, rendendo le reazioni organiche più omogenee e accelerando la velocità di reazione.

Anidride carbonica come fluido supercritico

L'[anidride carbonica](https://chimica.today/chimica-generale/biossido-di-carbonio/) è uno dei fluidi supercritici più utilizzati per diversi motivi, tra cui il basso costo, l’inerzia chimica, l’assenza di tossicità e infiammabilità. È disponibile in elevato grado di purezza e il suo punto critico a 31°C e 73 atm rende facile il suo utilizzo.

L’anidride carbonica supercritica è un solvente comune nell’industria alimentare, impiegato per operazioni come la decaffeinazione del [caffè](https://chimica.today/tutto-chimica/il-caffe-c%e2%80%99era-una-volta-il-qahwah/), la rimozione dei grassi dalle patatine e l’estrazione di composti aromatici dagli oli di agrumi. Questo lo rende un solvente green, altamente riciclabile e sicuro per l’ambiente. La CO2 supercritica ha proprietà simili ai solventi fluoroorganici, ma presenta vantaggi aggiuntivi in termini di sostenibilità e impatto ambientale.