Quimica Verde

1 TEMA 2: FLUIDOS SUPERCRÍTICOS Propiedades de los fluidos supercríticos y su utilización como disolventes Desde la década de 1990, en la bibliografía química se ha visto un aumento en la publicación de trabajos que describen las propiedades y aplicaciones de los fluidos supercríticos, en particular dióxido de carbono y agua supercrítica. Uno de los estímulos para este interés es la búsqueda dedisolventes verdes que sustituyan los compuestos orgánicos volátiles. El significado del término supercrítico se explica en la Figura 8.8 que muestra un diagrama de fases presión-temperatura para un sistema de un componente. Las líneas continuas azules representan los límites entre las fases. La línea discontinua pone de manifiesto la distinción entre vapor y gas; un vapor puede ser licuadoaumentado la presión, un gas no. Por encima de la temperatura crítica, Tcrítica, el gas ya no puede ser licuado independientemente del aumento de la presión. Si se observa una muestra al alcanzar el punto crítico, el menisco de la interfase líquido-gas desaparece lo que significa que ya no hay distinción entre las dos fases. A temperatura y presión por encima de la temperatura y presión críticas (esdecir, por encima del punto crítico), una sustancia se convierte en un fluido supercrítico.

Un fluido supercrítico posee propiedades de disolvente que se parecen a las de un líquido, pero también exhibe propiedades de transporte parecidas a las de un gas. De esta manera, un fluido supercrítico no solo puede disolver solutos sino que también es miscible con los gases ordinarios y puede penetrar enlos poros de los sólidos. Los fluidos supercríticos tienen una viscosidad más baja y un coeficiente de difusión más elevado que los líquidos. La densidad de un fluido supercrítico aumenta al aumentar la presión y, al aumentar la densidad, la solubilidad de un soluto en el fluido supercrítico aumenta de manera espectacular. El hecho de que las propiedades puedan ajustarse variando la presión y latemperatura tiene ventajas para la aplicación de estos fluidos como agentes de extracción. Utilizar un fluido supercrítico para la extracción de un material determinado a partir de una materia prima supone el reparto del material en el

2 líquido supercrítico, seguido de un cambio de temperatura y presión que tiene como resultado el aislamiento del soluto puro por vaporización del CO2.Finalmente, el fluido supercrítico puede reciclarse invirtiendo el cambio en las condiciones de temperatura y presión (véase la figura en el cuadro 8.4). La tabla 8.11 da la temperatura y presión críticas de compuestos seleccionados que se utilizan como fluidos supercríticos. Junto con su fácil accesibilidad, bajo coste, falta de toxicidad, el hecho de que es inerte químicamente y no inflamable, latemperatura y presión críticas del CO2 son lo suficientemente adecuadas para hacer que el CO2 supercrítico (scCO2) sea de un gran valor como disolvente; el cuadro 8.4 proporciona ejemplos de sus aplicaciones comerciales.

Aunque scCO2 es una alternativa “limpia” a los disolventes orgánicos para una serie de procesos de extracción, no es polar. A pesar de que el comportamiento de scCO2 no es análogo alde un disolvente orgánico no polar típico, su capacidad para extraer compuestos polares es relativamente baja. A la disolución de compuestos polares puede ayudar la introducción de un codisolvente subcrítico (un modificador) en el scCO2, las elecciones comunes son H2O y MeOH. El uso de surfactantes que poseen una cabeza soluble en agua y una cola compatible con CO2 permite dispersar “bolsas” deagua en el scCO2. Como resultado, la química en fase acuosa puede llevarse a cabo en lo que en esencia es un ambiente no acuoso. Una ventaja de este sistema es que reactivos normalmente no solubles en agua, pero solubles en scCO2 pueden ponerse en estrecho contacto con reactivos solubles en agua. Otros disolventes supercríticos bien estudiados son NH3 y H2O. La temperatura y presión críticas del...