Bahan tulen boleh wujud sebagai pepejal, cecair atau gas bergantung pada suhu dan tekanan. Pada rajah fasa, sempadan antara cecair dan gas berakhir pada satu keadaan yang dipanggil titik kritikal. Jika suhu dan tekanan kedua-duanya melebihi nilai kritikal, tiada lagi sempadan fasa cecair-gas yang jelas. Bahan itu berada dalam keadaan bendalir superkritikal.
Titik kritikal menandakan penghujung sempadan cecair-gas
Di bawah titik kritikal, pemampatan atau penyejukan boleh menghasilkan perubahan fasa yang jelas antara gas dan cecair. Apabila menghampiri titik kritikal, perbezaan ketumpatan antara kedua-dua fasa semakin kecil. Tepat pada titik kritikal, perbezaan itu hilang. Di atasnya, bahan tidak boleh dicairkan hanya dengan meningkatkan tekanan tanpa menurunkan suhu melepasi suhu kritikal.
Ketumpatan dan kuasa pelarut boleh berubah dengan tekanan
Bendalir superkritikal boleh mempunyai ketumpatan yang cukup tinggi untuk melarutkan sesetengah bahan dengan baik, sambil mengekalkan kebolehan meresap yang biasanya lebih tinggi daripada banyak cecair biasa. Perubahan suhu dan tekanan mengubah ketumpatannya, jadi keupayaan melarut bahan tertentu boleh dilaras tanpa menukar pelarut kepada bahan lain.
Karbon dioksida ialah contoh yang banyak digunakan
Karbon dioksida mempunyai suhu kritikal kira-kira 304.13 kelvin, bersamaan hampir 31 darjah Celsius, dan tekanan kritikal kira-kira 7.38 megapascal. Air mempunyai titik kritikal pada kira-kira 647 K (374 °C) dan 22.06 MPa, jauh lebih tinggi, jadi keadaan superkritikal dicapai pada suhu yang sederhana bagi karbon dioksida berbanding air. Karbon dioksida superkritikal digunakan dalam proses pengekstrakan kerana sifat pelarutnya boleh dilaras dan ia mudah dipisahkan daripada ekstrak apabila tekanan dikurangkan.
Pengurangan tekanan memudahkan pemisahan selepas pengekstrakan
Dalam pengekstrakan, bendalir superkritikal dialirkan melalui bahan yang mengandungi komponen sasaran. Bahan terlarut dibawa keluar bersama bendalir. Apabila tekanan kemudian dikurangkan, ketumpatan dan kuasa pelarut boleh jatuh dengan ketara sehingga bahan terlarut terpisah, manakala karbon dioksida meninggalkan sistem sebagai gas dan boleh dikitar semula dalam proses yang sesuai.
Sejarah ringkas
Charles Cagniard de la Tour memerhatikan pada 1822 bahawa sesetengah cecair dalam bekas tertutup menjadi bendalir tanpa sempadan cecair yang kelihatan apabila dipanaskan melepasi suhu tertentu. Thomas Andrews mengkaji karbon dioksida pada 1869 dan memperkenalkan istilah titik kritikal.
Bagaimana kita mengetahui hal ini?
Apakah yang berlaku kepada sempadan antara cecair dan gas pada titik kritikal?