Überkritisches Gas, genauer bekannt als überkritisches Fluid, ist ein unterschiedlicher Aggregatzustand, der sowohl die Eigenschaften einer Flüssigkeit als auch eines Gases aufweist. Ein überkritisches Gas kann als Zwischenzustand zwischen Flüssigkeiten und Gasen angesehen werden. Überkritische Gase entstehen erst oberhalb des thermodynamisch kritischen Punktes eines Materials. Dies bedeutet normalerweise hohe Drücke, oft zwischen etwa 40 und 80 Atmosphären, obwohl sie stark schwanken. Einige kritische Punkte, insbesondere Wasser, sind bis zu 218 Atmosphären und darüber hinaus hoch. Überkritische Fluide haben niedrige Viskositäten und hohe Diffusivitäten.
Überkritische Gase können wie ein Gas in und durch Feststoffe diffundieren, lösen aber auch bestimmte Stoffe wie eine Flüssigkeit auf. Überkritische Fluide kommen in mindestens zwei Naturgebieten vor. Der erste betrifft hydrothermale Quellen und unterseeische Vulkane am Meeresboden, wo der Druck so groß ist, dass die Bildung eines überkritischen Gases möglich ist. Der Druck 3 km (1.8 Meilen) unter Wasser beträgt 300 Atmosphären, mehr als genug. Ein weiteres natürliches überkritisches Gas ist die untere Atmosphäre der Venus, die an der Oberfläche sehr dicht und heiß (93 Atmosphären, 735 K) ist. Seltsamerweise bedeutet dies, dass an der Oberfläche nur zwei Aggregatzustände zu finden sind: festes und überkritisches Gas. Herkömmliche Flüssigkeiten und Gase gibt es dort nicht.
Überkritische Fluide haben mindestens ein Dutzend industrielle Anwendungen. Eine ist die überkritische Fluidextraktion, bei der überkritische Fluide verwendet werden, um etwas Material aus einer umgebenden Matrix zu extrahieren. Dies wird verwendet, um Koffein aus Kaffeebohnen zu extrahieren. Überkritisches Kohlendioxid saugt das Koffein direkt aus ihnen heraus. In ähnlicher Weise werden überkritische Fluide beim überkritischen Trocknen verwendet, bei dem eine Flüssigkeit aus einer Matrix extrahiert wird. Dies wird bei der Vorbereitung biologischer Proben für die Elektronenmikroskopie sowie bei der Synthese von Aerogel verwendet, einem Material, das 12 Guinness-Weltrekorde für Eigenschaften wie Leichtigkeit und Isolierung hält.
Die überkritische Wasseroxidation wird verwendet, um gefährliche Abfälle zu oxidieren, um sie für die Entsorgung sicher zu machen. Das Verfahren wird auch verwendet, um Mikro- und Nanopartikel für verschiedene pharmazeutische Anwendungen zu synthetisieren. Die Umkehrung der überkritischen Fluidextraktion wird als Imprägnierung bezeichnet, wobei ein Material in eine Matrix eingebracht statt entfernt wird. Die Liste geht weiter. Wie Sie sehen, sind die Anwendungen überkritischer Fluide zahlreich.