Celulas madre

Volumen 8 - Nº43 -Nov/Dic 1997

Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la
Asociación Ciencia Hoy
ARTÍCULO
Fluidos Supercríticos
Diego P. Fernández y Roberto Fernández Prini
INQUIMAE (Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía),
FCEyN, UBA, Unidad de Actividad Química, CNEA
Cuando además de encontrarse en su temperatura crítica el fluido adquierevalores de densidad y presión también llamados críticos, los que también son característicos de cada fluido, este se encuentra en el llamado punto crítico. En el punto crítico las propiedades de la fase líquida y gaseosa se hacen tan similares como para ser indistinguibles. Se dice que un fluido es cuasicrítico cuando se encuentra en las cercanías de su punto critico. Los fluidos cuasicríticos sonmuy susceptibles porque sus propiedades sufren grandes cambios ante pequeñas perturbaciones. Al aproximarse a su punto critico, la densidad de un fluido sufre marcadas fluctuaciones, como si oscilara entre las densidades propias de las dos fases fluidas, esto es liquido y gas, fases que, como ya se ha dicho, sólo coexisten por debajo de Tc y que se hacen idénticas al alcanzar la temperaturacrítica. Como expresión de la poca estabilidad que caracteriza al estado cuasicrítico, pequeñas perturbaciones de la temperatura, o la presión producen importantes variaciones en propiedades conjugadas con ellas, como la energía o el volumen. Es así como en un fluido cuasicrítico una pequeña variación de la temperatura producirá un pronunciado cambio de su energía y una variación en la presión sereflejará en un pronunciado cambio en el volumen. El aumento de energía se expresará en cambios en la capacidad calorífica (Fig. 1) y el cambio de volumen lo hará en la compresibilidad (Fig. 2) del fluido. Ambas propiedades aumentarán fuerte-mente llegando a ser infinitas en el punto crítico (Figs. 1 y 2).

Fig. 2.
Compresibilidad reducida del C02 en función de la densidad reducida. En cada isotermase indica, en por ciento, cuánto difiere la temperatura respectiva de la temperatura crítica. (La compresibilidad reducida se mide como el cambio relativo de volumen por unidad de cambio de presión, por eso no tiene unidades.)

Fig. 3.
Opalescencia en C02 cuasicrítico producida por fluctuación de la densidad. Las imágenes muestran cómo se extiende progresivamente la opalescencia a medida que latemperatura se acerca a Tc. En la primera imagen la opalescencia comienza en la posición donde se encontraba el menisco líquido-vapor. En la última imagen, atraviesa la celda un haz rojo para facilitar la apreciación.
Otro fenómeno distintivo de la proximidad al punto crítico es el conocido como opalescencia crítica (Fig. 3): el fluido se hace ligeramente opaco adquiriendo un aspecto lechoso. Lacausa de esto es el aumento de la dispersión que sufre la luz que atraviesa el fluido. Esto se debe a que en condiciones cuasicríticas hay fuertes fluctuaciones en el grado de empaquetamiento de las moléculas que se extienden a zonas de tamaño comparable con la longitud de onda de la luz visible (390 a 790 nanómetros, (un nanómetro = una milmillonésima parte del metro)). Esto explica el aumento enla dispersión de la luz ya que este fenómeno aparece cuando un líquido contiene regiones con propiedades distintas de las del conjunto y de tamaño similar a la longitud de onda de la luz. El tamaño que abarcan estas fluctuaciones indica que ellas tienen lugar a lo largo de distancias casi mil veces mayores que las dimensiones de una molécula. Este tipo de fluctuación es, en consecuencia, untípico fenómeno de largo alcance que no se produce cuando los líquidos están lejos de un estado crítico (ver "Estructura molecular en los estados críticos y supercríticos"). La existencia de una correlación entre moléculas (esto es, que el comportamiento de una de ellas se extienda a otras) a través de distancias mucho mayores que su tamaño característico brinda una explicación microscópica para la...