Vad är en kritisk punkt inom kemi?

Kritisk punkt är en term som används inom termodynamik för att beskriva ett tryck- och temperaturtillstånd bortom vilket distinktioner mellan faser, särskilt mellan gas och vätska, upphör att existera. Bortom en sådan punkt är ett ämne varken helt flytande eller helt gasformigt; den uppvisar egenskaper för både vätskefasen och gasfasen och kallas en superkritisk vätska. Det finns också en sådan sak som en vätske-vätska kritisk punkt. En sådan punkt betecknar betingelser för temperatur, tryck och sammansättning, bortom vilka en blandning kommer att separeras i två eller flera olika vätskefaser.

Den kritiska punkten för ett specifikt ämne ses ofta på ett fasdiagram, ett diagram som visar ämnets beteende vid olika temperatur- och tryckförhållanden. Ett sådant diagram visar till exempel en kurva som representerar jämvikten mellan vätske- och gasfasen. På ena sidan av linjen, vid högre temperatur och lägre tryck, befinner sig ämnet i gasfas. På andra sidan linjen, vid lägre temperatur och högre tryck, befinner sig ämnet i flytande fas. Vid tillräckligt hög temperatur och högt tryck slutar denna linje i en enda punkt bortom vilken distinktionen av vätske-gasfas försvinner – den kritiska punkten.

Superkritiska vätskor, som finns bortom ett ämnes kritiska punkt, har många olika egenskaper som påminner om egenskaperna hos både vätskor och gaser. Liksom vätskor kan superkritiska vätskor tjäna som lösningsmedel; de kan lösa upp andra ämnen. Liksom gaser har de dock ingen ytspänning.

De superkritiska vätskorna som finns bortom den kritiska punkten är relativt sällsynta i naturen, men de existerar. Djuphavsvulkaner, till exempel, finns djupt i havet och släpper ut extremt heta ämnen i de extremt höga tryckförhållandena på havsbotten. Detta värmer vattnet runt vulkanen, trycker det bortom dess kritiska punkt och förvandlar det till en superkritisk vätska. Vissa planeter, särskilt gasjättar, innehåller ämnen vid mycket höga temperatur- och tryckförhållanden i sina kärnor. De höga temperatur- och tryckförhållandena ligger långt bortom den kritiska punkten för de inblandade ämnena, så de existerar som superkritiska vätskor.

Det finns många olika tillämpningar av superkritiska vätskor inom vetenskap, industri och andra områden. Deras löslighetsegenskaper gör dem användbara för kemister för att lösa upp vissa ämnen. De kan också användas vid produktion av biodieselbränslen. Superkritisk metanol, till exempel, utsätts för en serie reaktioner som resulterar i en mängd användbart bränsle.