Supersojla fluaĵo

El Vikipedio, la libera enciklopedio
Saltu al: navigado, serĉo

En fiziko, supersojla fluaĵosuperkrita fluido estas ĉiu esenco je temperaturo kaj premo pli supre de ĝia sojla punkto. Ĝi povas elverŝi tra solidoj simile al gaso, kaj solvi materialojn simile al likvaĵo. Aldone, proksime al la sojla punkto, malgrandaj ŝanĝoj en premo aŭ temperaturo rezultas je grandaj ŝanĝoj en denseco, kio permesas multajn propraĵojn de supersojla fluaĵo al esti maldike-agordataj. Supersojlaj fluaĵoj estas taŭgaj kiel anstataŭo de organikaj solviloj en limigo de industria kaj laboratoriaj procezoj. Karbona duoksido kaj akvo estas la plej kutime uzataj kiel supersojlaj fluaĵoj, estante uzita por malkafeinizado kaj pova generacio, respektive.

Propraĵoj[redakti | redakti fonton]

Ĝenerale, supersojlaj fluaĵoj havas propraĵojn inter tiuj de gaso kaj likvaĵo.

La sojlaj propraĵoj por iuj substancoj, kiuj estas kutime uzata kiel supersojlaj fluaĵoj:

Substanco Molekula pezo Sojla temperaturo Sojla premo Sojla denseco
g/mol K MPa (atm) g/cm3
Karbona duoksido CO2 44,01 304,1 7,38 (72,8) 0,469
Akvo H2O 18,015 647,096 22,064 (217,755) 0,322
Metano CH4 16,04 190,4 4,60 (45,4) 0,162
Etano C2H6 30,07 305,3 4,87 (48,1) 0,203
Propano C3H8 44,09 369,8 4,25 (41,9) 0,217
Eteno (etileno) C2H4 28,05 282,4 5,04 (49,7) 0,215
Propeno C3H6 42,08 364,9 4,60 (45,4) 0,232
Metanolo CH3OH 32,04 512,6 8,09 (79,8) 0,272
Etanolo C2H5OH 46,07 513,9 6,14 (60,6) 0,276
Acetono C3H6O 58,08 508,1 4,70 (46,4) 0,278

Komparo de gasoj, supersojla fluaĵoj kaj likvaĵoj

Denseco (kg/m3) Viskozeco (µPa∙s) Difuzado (mm2/s)
Gasoj 1 10 1 ... 10
Supersojlaj fluaĵoj 100 ... 1000 50 ... 100 0,01 ... 0,1
Likvaĵoj 1000 500 ... 1000 0,001

Ne estas surfaca tensio en supersojla fluaĵo, ĉar ne estas likvaĵo-gasa faza rando. Per ŝanĝado de la premo kaj temperaturo de la fluaĵo, la propraĵoj povas esti agorditaj al esti pli likvaĵo-similaj aŭ pli gaso-similaj. Unu el la plej gravaj propraĵoj estas la solvebleco de materialo en la fluaĵo. Solvebleco en supersojla fluaĵo strebas al pligrandiĝo kun pligrandiĝo de denseco de la fluaĵo (je konstanta temperaturo). Pro tio ke denseco pligrandiĝas kun premo, solvebleco strebas al pligrandiĝo kun pligrandiĝo de premo. La interrilato kun temperaturo estas iom pli komplika. Je konstanta denseco, solvebleco pligrandiĝas kun temperaturo. Tamen, proksime al la sojla punkto, la denseco povas multe malpligrandiĝi kun malgranda pligrandiĝo de temperaturo. Pro tio, proksime al la sojla temperaturo, solvebleco ofte malpligrandiĝas kun pligrandiĝo de temperaturo, kaj poste pligrandiĝas denove.

Ĉiuj supersojla fluaĵoj estas plene mikseblaj unu kun la alia, do tiel por miksaĵo sola fazo povas esti garantiita se la sojla punkto de la miksaĵo estas superita. La sojla punkto de duuma miksaĵo povas esti pritaksita kiel la laŭpeza aritmetika meznombro de la sojlaj temperaturoj kaj premoj de la du komponantoj:

Tc(mikso) = (molea frakcio A) · TcA + (moleo frakcio B) · TcB.

Por pli granda akurateco, la sojla punkto povas esti kalkulita per ekvacioj de stato, aŭ per grupaj kontribuaj manieroj. Aliaj propraĵoj, kiel denseco, povas ankaŭ esti kalkulitaj uzante ekvaciojn de stato.

Fazodiagramo[redakti | redakti fonton]

Premo-temperatura fazodiagramo de karbona duoksido
Denseco-prema fazodiagramo de karbona duoksido

En la premo-temperatura fazodiagramo la bolado apartiganta la gasan kaj likvaĵan regionojn kaj finiĝas en la sojla punkto, kie la likvaĵa kaj gasa fazoj kuniĝas por iĝi solan supersojlan fazon. Ĉi tio povas esti observita en la denseco-prema fazodiagramo. Ekzemple, por karbona duoksido, bone pli sube de la sojla temperaturo, ekzemple, 280 K, se la premo pligrandiĝas, la gaso kunpremiĝas kaj je super 4 MPa densiĝas en multe pli densan likvaĵon, rezultante en la nekontinueco en la linio (vertikala punktita linio). La sistemo konsistas el 2 fazoj en ekvilibro, densa likvaĵo kaj maldensa gaso. Se la temperaturo pligrandiĝas (300 K), la denseco de la gaso je ekvilibro iĝas pli grandan, kaj denseco de la likvaĵo iĝas pli malgrandan. Je la sojla punkto, (304,1 K kaj 7,38 MPa) ne estas diferenco en denseco, kaj la 2 fazoj iĝas unu fluaĵan fazon. Tial, pli supre la sojla temperatura gaso ne povas esti likvigita per premo. Je malmulte pli supre la sojla temperaturo (310 K), en la apudo de la sojla premo, la linio estas preskaŭ vertikala. Malgranda pligrandiĝo de premo kaŭzas grandan pligrandiĝon de la denseco de la supersojla fazo. Multaj aliaj fizikaj propraĵoj ankaŭ havas grandajn gradientojn kun premo proksime al la sojla punkto, ekzemple viskozeco, relativa elektra permeablo kaj solvila forteco, kiuj estas ĉiuj proksime rilatantaj al la denseco. Je pli altaj temperaturoj, la fluaĵo kondutas simile al gaso. Por karbona duoksido je 400 K, la denseco pligrandiĝas preskaŭ lineare kun premo.

Multaj kunpremitaj gasoj estas reale supersojlaj fluaĵoj. Ekzemple, azoto havas sojlan punkton je 126,2 K (-147 °C) kaj 3,4 MPa. Pro tio, azoto kunpremita en botelo pli supre ĉi tiu premo (aŭ kunpremita aero) estas reale supersojla fluaĵo. Ĉi tiuj estas pli ofte sciataj kiel konstantaj gasoj. Je ĉambra temperaturo, ili estas bone pli supre ilia sojla temperaturo, kaj pro tio kondutas kiel gaso, simile al CO2 je 400 K pli supre. Tamen, ili ne povas esti likvaĵigitaj per premo sen malvarmigo de pli sube de iliaj sojlaj temperaturoj.

Natura aperado[redakti | redakti fonton]

Submaraj vulkanoj[redakti | redakti fonton]

Submaraj vulkanoj estas komunaj trajtoj sur la oceana planko. Iu estas aktivaj kaj, en malprofunda akvo, montras sian ekzisto per ĵetado de vaporo kaj rokaj pecoj alta pli supre de la surfaco de maro. Multaj aliaj kuŝas je tiel grandaj profundoj ke la grandega premo de la akvo pli supre de ili malebligas liberigon de vaporo kaj gasoj en aeron. Ĉi tio kaŭzas ke la akvo estas varmita al super 375 °C, kaj la akvo en la plej varmaj partoj estas supersojla fluaĵo pro tio ke la premo je ĉi tiu profundo de super 3 km estas super 30 MPa, pli supre de la 21,8 MPa postulitaj.

Planedaj atmosferoj[redakti | redakti fonton]

Atmosfero de Venuso konsistas el 96,5% da karbona duoksido kaj 3,5% da azoto. La surfaca premo estas 9,3 MPa kaj la surfaca temperaturo estas 735 K, pli supre la sojlaj punktoj de ambaŭ gravaj komponantoj kaj farante la surfacan atmosferon supersojlan fluaĵon.

La enaj atmosferoj de la sunaj sistemaj gasgigantaj planedoj estas komponitaj ĉefe el hidrogeno kaj heliumo je temperaturoj bone pli supre de iliaj sojlaj punktoj. La gasaj eksteraj atmosferoj de Jupitero kaj Saturno trairas glate en la fluaĵon ene, sed la naturo de la trairaj zonoj de Neptuno kaj Urano estas nekonata. Teoriaj modeloj de ekstersunaj planedoj 55 Cancri e kaj Gliese 876 d premisas subsurfacan oceanon de kunpremita, supersojla fluaĵa akvo ĉapita per folio de solida akva glacio.

Aplikoj[redakti | redakti fonton]

Supersojla fluaĵa eltiro[redakti | redakti fonton]

La avantaĝoj de supersojla fluaĵo eltiro (kompare kun likvaĵa eltiro) estas ke ĝi estas relative rapida pro la malaltaj viskozecoj kaj altaj difuzadoj de supersojlaj fluaĵoj. La eltiro povas esti selekta iagrade per regado de la denseco de la mediumo kaj la ekstraktita materialo estas facile reakirata per simpla malpremigo, permesanta al la supersojla fluaĵo reveni al gasa fazo kaj forvaporiĝi lasante neniun aŭ malgrandan kvanton de solvilaj restaĵoj. Karbona duoksido estas la plej komuna supersojla solvilo. Ĝi estas uzata en granda skalo por la malkafeinizado de verdaj kafoj, la eltiro de lupolo por biera produktado, kaj la produktado de esencaj oleoj kaj farmaciaĵaj produktoj de plantoj. Kelkaj laboratoriaj provaj manieroj inkluzivas la uzon de supersojla fluaĵo eltiro kiel eltira maniero anstataŭ uzado de tradiciaj solviloj.

Seka purigo[redakti | redakti fonton]

Supersojla karbona duoksido povas esti uzita anstataŭ kvarkloretileno aŭ alia nedezirata solvilo por seka purigo. Supersojla karbona duoksido iam trafas en butonojn, kaj, kiam la karbona duoksido estas malpremigita, la butonoj crakiĝas aŭ rompiĝas. Lesivpulvoroj kiuj estas solveblaj en karbona duoksido plibonigas la solvilan povon de la solvilo.

Kemiaj reakcioj[redakti | redakti fonton]

Ŝanĝo de la kondiĉoj de la reakcia solvilo povas permesi apartigon de fazoj por forigo de produkto, aŭ solan fazo por reakcio. Rapida difuzo akcelas difuze funkciigitajn reakciojn. Temperaturo kaj premo povas agordi la reakcio en preferitajn direktoj, ekzemple, por plibonigi liveron de aparta nememspegulsimetria izomero. Estas ankaŭ gravaj ĉirkaŭaĵaj beneficoj super kutimaj organikaj solviloj.

Ensorbigo kaj farbizo[redakti | redakti fonton]

Ensorbigo estas la reo de eltiro. Esenco estas solvata en la supersojla fluaĵo, la solvaĵo fluas tra solida bazo, kaj la esenco estas deponata sur aŭ solvatas en la bazo. Farbizo, kiu estas farata sur polimeraj fibroj kiel poliestero uzante ne-jonajb farboj, estas speciala okazo de ĉi tio. Karbona duoksido ankaŭ solvatas en multaj polimeroj, konsiderinde pufante kaj plastigante ilin kio plu akcelas la difuzan procezon.

Supersojla sekigo[redakti | redakti fonton]

Supersojla sekigo estas maniero de forprenado de solvilo sen surfacaj tensiaj efikoj. Kiam likvaĵo forsekiĝaj, la surfaca tensio trenas malgrandajn strukturojn en solido, kaŭzante malformiĝon kaj malpligrandiĝon. Je supersojlaj kondiĉoj ne estas surfaca tensio, kaj la supersojla fluaĵo povas esti forprenita sen malformiĝo. Supersojla sekigo estas uzata por fabrikado de aeroĝeloj kaj sekigo de delikataj materialoj kiel arĥeologiaj specimenoj kaj biologiaj specimenoj por elektrona mikroskopado.

Supersojla akva oksidigo[redakti | redakti fonton]

Supersojla akva oksidigo uzas supersojlan akvon por oksidigi danĝeran rubon, eliminante produktadon de venenaj brulaj produktoj kiujn brulado povas produkti.

Supersojla akva pova generacio[redakti | redakti fonton]

La rendimento de termika motoro estas definitive dependa de la temperatura diferenco inter varma fonto kaj malvarma loko (ciklo de Carnot). Por plibonigi rendimenton de fosilia brulaĵa elektrocentralo la operacia temperaturo devas esti altigita. Uzante akvon kiel la laboranta fluaĵo, ĉi tiu prenas ĝin en supersojlajn kondiĉojn. Rendimentoj povas esti altigita de proksimume 39% por subsojla operaciado al proksimume 45%.

Biodizelolea produktado[redakti | redakti fonton]

Konvertiĝo de legoma oleo al biodizeloleo estas tra transesteriga reakcio, en kiu la triglicerido estas konvertata al la metila estero plus glicerino. Ĉi tio estas kutime farata uzante metanolon kaj kaŭstikon aŭ acidajn katalizilojn, sed povas esti efektivigita uzante supersojlan metanolon sen katalizilo. La maniero de uzado de supersojla metanolo por biodizelolea produktado havas la avantaĝo de permeso de pli granda limigo kaj akva enhavo (aparta, en uzita kuirada oleo), la produkto ne devas esti lavita por forpreni katalizilon, kaj estas pli simpla al estas dizajnita kiel kontinua procezo.

Kapto kaj konservado de karbono kaj plimultigita savo de nafto[redakti | redakti fonton]

Supersojla karbona duoksido estas uzata por plimultigita nafta savo en maturaj naftaj kampoj. Samtempe, estas la ebleco de uzo de pura karba teknologio por kombini plibonigitajn regeneradajn manierojn kun kapto kaj konservado de karbono. La CO2 estas apartigita de aliaj fumaj gasoj antaŭ aŭ post brulo, kunpremita al la supersojla stato, kaj injektita en geologian konservadon, eble en ekzistantajn naftajn kampojn por plibonigi liveron.

Nun, nur projektoj izolantaj fosilian CO2 de tergaso reale uzas konservadon de karbono. Estas ankaŭ la ebleco malpligrandigi la kvanton de CO2 en la atmosfero per uzo de biomaso por generi energion kaj forigo de la CO2 produktita.

Malvarmigo[redakti | redakti fonton]

Supersojla karbona duoksido estas ankaŭ grava aperanta natura malvarmiga substanco, estanta uzata en novaj, malalto-karbonaj solvaĵoj por varmaj pumpoj. Ĉi tiuj sistemoj estas spertanta kontinuan evoluon kun supersojlaj karbonaj duoksidaj varmaj pumpoj jam estas sukcese vendataj.

Supersojla fluaĵa sedimentigo[redakti | redakti fonton]

Supersojlaj fluaĵoj povas esti uzata por deponi funkciaj nanometro-ampleksaj bendojn kaj partiklojn de metaloj sur surfacoj. La gaso-similaj foresto de surfaca tensio, difuzado kaj viskozeco permesas atingon de la nanometro-ampleksaj poroj, multe pli malgrandaj ol tiuj kiuj povas esti atingitaj per likvaĵoj, kaj la likvaĵo-simila solvebleco permesas multe pli altan koncentritecon ol estas tipaj en kemia akvovaporo sedimentigo. Ĉi tio estas sojla en ellaboro de pli povaj elektronikaj komponantoj, kaj metalaj partikloj deponitaj tiamaniere estas ankaŭ povaj kataliziloj por kemia sintezo kaj elektrokemiaj reakcioj.

Historio[redakti | redakti fonton]

En 1822, barono Charles Cagniard de la Tour esploris la sojlan punkton de esenco en liaj famaj kanonaj barelaj eksperimentoj. Aŭskultante al nekontinuecoj en la sono de rulanta silika pilko en fermita kanono plenigita kun fluaĵoj je diversaj temperaturoj, li observis la sojlan temperaturon.

Vidu ankaŭ[redakti | redakti fonton]

Eksteraj ligiloj[redakti | redakti fonton]