FLUÍDO SUPERCRÍTICO

Universidade Federal de Alfenas – MG

Instituto de Química
Curso: Química Licenciatura – 5° Período
Disciplina: Físico-química I

- Definir o que é um fluído supercrítico, citar um exemplo com a aplicação.

- Definir o que é equilíbrio metaestável e um exemplo.

FLUÍDO SUPERCRÍTICO

Do ponto de vista termodinâmico, o diagrama de fases de uma substancia é uma representação gráfica que demonstra as condições de temperatura e pressão em que as diferentes fases de uma determinada substância são termodinamicamente mais estáveis. As curvas que separam as regiões de cada fase, denominadas curvas de equilíbrio, fornecem os valore de pressão e temperatura nos quais as diferentes fases coexistem em equilíbrio, conforme pode ser observado na figura 1.

Se uma substância no estado líquido é aquecida em um recipiente fechado, e, portanto, submetida a uma determinada pressão, a pressão de vapor da substância eleva-se continuamente com o aumento da temperatura. Assim, ocorre um aumento na densidade do vapor, ao mesmo tempo em que ocorre uma diminuição da densidade do líquido, em consequência do aumento do seu volume. Há um ponto em que a densidade do vapor se iguala a do líquido remanescente e o limite entre as duas fases desaparece. O ponto que limita a região onde não há distinção entre as fases de líquido e vapor é denominado ponto crítico ou estado crítico, sendo caracterizado pela temperatura crítica e pela pressão crítica, as quais são característica para cada substância.

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Figura 1: Diagrama de fases típico de uma substância pura.

A pressão crítica pode ser definida como a pressão mínima requerida para liquefazer um gás a uma determinada temperatura, enquanto a temperatura crítica pode ser definida como a temperatura acima da qual é impossível liquefazer um gás por compressão. Assim, uma substância acima da temperatura crítica ainda se comportará como um gás, independente da pressão aplicada. Uma substância que se encontra em condições de temperatura e pressão críticas é dita estar no estado supercrítico, sendo também denominada fluído supercrítico.

No estado supercrítico, as substâncias possuem características intermediárias entre as de um gás e um líquido. Fluídos supercríticos possuem coeficientes de difusão próximos aos de um gás. Sua capacidade de difusão chega a ser de uma a duas ordens de magnitude maior que aquela dos líquidos, o que proporciona uma rápida e eficiente transferência de massa. Outras características dos fluídos supercríticos que remetem às de um gás incluem a sua baixa viscosidade e a ausência de tensão superficial, o que facilita a penetração dos fluídos supercríticos na matriz sólida. Os fluídos supercríticos também apresentam valores de densidade próximos aos de um líquido, o que proporciona um bom poder solvente.

Um exemplo com aplicação de fluído supercrítico é a produção de biodiesel. A conversão de óleo vegetal para biodiesel é feita via uma reação de transesterificação, onde o triglicerídeo é convertido no metil éster mais glicerol. Isso é geralmente feito usando metanol e um catalisador básico ou ácido, mas pode ser feito usando-se metanol supercrítico sem um catalisador. Esse método tem a vantagem de permitir uma maior variedade de material bruto para ser usado, o produto não precisa ser lavado para se remover o catalisador e é mais fácil de ser projetado como um processo contínuo.

EQUILÍBRIO METAESTÁVEL

Um estado metaestável - ou de forma equivalente estado metastável - corresponde a qualquer estado do sistema diferente do estado de equilíbrio mais estável - diferente do equilíbrio termodinâmico - que tenha consigo associado uma restrição que impeça a transição imediata deste para o estado mais estável sem alguma perturbação significativa de origem geralmente externa ao sistema. O sistema pode assim permanecer por longos tempos no estado metaestável sem transitar para o estado mais estável. Contudo, presente a influência externa - ou interna adequada - o sistema irá transitar para o estado mais estável.