сверхкритические среды. новые химические реакции и технологии

SUPERCRITICAL FLUIDS. NEW CHEMICAL REACTIONS AND TECHNOLOGIES D. A. LEMENOVSKY, V. N. BAGRATASHVILI The fundamental peculiarities of supercritical fluids and the modern applications of these fluids: ideal solvents, exciting technologies, new chemical processes are discussed. © ãÂÏÂÌÓ‚ÒÍËÈ Ñ.Ä., Ň„ ‡Ú‡¯‚ËÎË Ç.ç., 1999 Ç ÒÚ‡Ú¸Â Ô Â‰ÒÚ‡‚ÎÂÌ˚ ÙÛ̉‡ÏÂÌڇθÌ˚ ÓÒÓ·ÂÌÌÓÒÚË Ò‚Â ıÍ ËÚ˘ÂÒÍËı Ò Â‰ Ë Ëı ÒÓ‚ ÂÏÂÌÌÓÂ Ô ËÏÂÌÂÌË ‚ Í ‡˜ Â Ò Ú ‚ Â Ë ‰  ‡ Î ¸ Ì ˚ ı ‡ÒÚ‚Ó ËÚÂÎÂÈ, ‚ ÛÌË͇θÌ˚ı ÚÂıÌÓÎÓ„Ëflı Ë ‚ Ì Ó‚ ˚ ı ı Ë Ï Ë ˜ Â Ò Í Ë ı Ô ÓˆÂÒÒ‡ı. 36 СВЕРХКРИТИЧЕСКИЕ СРЕДЫ. НОВЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ Ñ. Ä. ãÖåÖçéÇëäàâ, Ç. ç. ÅÄÉêÄíÄòÇàãà åÓÒÍÓ‚ÒÍËÈ „ÓÒÛ‰‡ ÒÚ‚ÂÌÌ˚È ÛÌË‚Â ÒËÚÂÚ ËÏ. å.Ç. ãÓÏÓÌÓÒÓ‚‡ Цель статьи состоит в том, чтобы дать читателю самые общие современные представления о возможностях направленного использования некоторых очень простых веществ. Речь пойдет о средах, находящихся в сверхкритическом состоянии. Для начала немного истории и самые общие представления о том, что такое сверхкритическое состояние и для каких веществ оно может быть достигнуто. Даже специалисты с высшим техническим или естественнонаучным образованием в рамках обучения усваивают из этой проблемы лишь пару простейших основополагающих истин. Таковыми являются Тk и Pk – критическая температура и критическое давление, которые характеризуют некоторые газы или пары простейших жидкостей, и соответственно значения этих величин определяют критическую точку каждого из таких веществ. Так, если в замкнутом объеме находится достаточно большое количество жидкости и паров этой жидкости (например, H2O) и больше ничего, то нагревание такого сосуда будет приводить к тому, что давление в нем будет расти (рис. 1). Это понятно, так как все большее и большее количество молекул воды будет переходить из жидкой фазы в газовую. Конечный результат может быть двояким: а) если объем сосуда достаточно велик, то вся жидкость постепенно перейдет в пар и получившийся газ будет подчиняться обычным газовым законам. Если сосуд прозрачен, то можно наблюдать, как уровень Газ t° а t° Жидкость Газ б t° Жидкость Сверхкритическая фаза Рис. 1 ëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹10, 1999 жидкости будет постепенно понижаться и в конце концов жидкая фаза исчезнет; б) совсем другая ситуация сложится, если общий объем сосуда мал: граница раздела фаз все время будет сохраняться на одном и том же уровне. А затем внезапно при достижении Тк и Pk граница раздела исчезнет. При этом можно поставить простой, но очень глубокий вопрос: а какая фаза, собственно, исчезла – жидкая или газообразная? Правильный ответ – обе. Вещество перешло в новое состояние, называемое сверхкритическим. Это не жидкость в обычном понимании, так как свойства вещества в этом состоянии сильно отличаются от его свойств в жидком состоянии. Но это и не газ, так как для газа слишком велика плотность и при этом совершенно не выполняются никакие газовые законы. Итак, это новое состояние вещества, достойное изучения. Особенно, если наши технические возможности позволят свободно и безопасно оперировать разными веществами в таком интересном состоянии. Хорошо известно, что язык любой науки или достаточно самостоятельного раздела науки обычно специфичен, что в основном определяется историческими причинами. Более того, он хаотичен и нелогичен, опять же по историческим причинам. Это справедливо и в отношении сверхкритического состояния вещества. Так, наряду с правильным термином “сверхкритическая среда и фаза” (supercritical fluid) очень часто используется термин “сверхкритический растворитель