Номер 12, страница 201 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

12. Одно из направлений «зелёной химии», развиваемое в России, — синтез новых материалов, очистка химических веществ с использованием сверхкритических жидкостей. Чаще всего используют сверхкритический оксид углерода(IV). При каких условиях оксид углерода(IV) становится сверхкритическим? Где уже используют сверхкритический оксид углерода(IV)? Ответы на вопросы можно найти на сайте http://gotourl.ru/10806.

При каких условиях оксид углерода(IV) становится сверхкритическим?

Оксид углерода(IV), химическая формула которого $CO_2$, переходит в сверхкритическое состояние при одновременном достижении и превышении его критической температуры ($T_к$) и критического давления ($P_к$). Сверхкритическое состояние (или сверхкритический флюид) — это особое агрегатное состояние вещества, при котором исчезает различие между жидкой и газообразной фазами. Вещество в этом состоянии обладает уникальной комбинацией свойств: оно имеет плотность, близкую к плотности жидкости, что позволяет ему растворять другие вещества, и вязкость, близкую к вязкости газа, что обеспечивает низкое гидродинамическое сопротивление и высокую проникающую способность (диффузию).

Для диоксида углерода критические параметры следующие:

• Критическая температура ($T_к$) составляет $31.0 \text{ °C}$ (или $304.13 \text{ К}$).
• Критическое давление ($P_к$) составляет $7.38 \text{ МПа}$ (или $72.8$ атмосферы).

Таким образом, для получения сверхкритического диоксида углерода ($scCO_2$) его необходимо нагреть до температуры выше $31.0 \text{ °C}$ и подвергнуть давлению свыше $7.38 \text{ МПа}$. Именно в этих условиях он приобретает свойства эффективного и экологически чистого растворителя, что и обуславливает его применение в «зелёной химии».

Ответ: Оксид углерода(IV) становится сверхкритическим при температуре выше $31.0 \text{ °C}$ и давлении выше $7.38 \text{ МПа}$.

Где уже используют сверхкритический оксид углерода(IV)?

Сверхкритический оксид углерода(IV) ($scCO_2$) нашёл широкое применение во многих отраслях благодаря своей нетоксичности, негорючести, доступности и лёгкости удаления из конечного продукта (путем простого сброса давления, при котором он снова становится газом). Основные сферы его использования:

• Пищевая промышленность. Самое известное применение — это экстракция кофеина из кофейных зерен и листьев чая (декофеинизация). $scCO_2$ эффективно растворяет кофеин, но почти не затрагивает соединения, отвечающие за вкус и аромат напитка. Также его используют для экстракции эфирных масел, натуральных красителей, ароматизаторов из растительного сырья и для получения экстракта хмеля в пивоварении.
• Фармацевтическая промышленность. Применяется для экстракции биологически активных компонентов из лекарственных растений, для очистки субстанций, а также для создания микро- и наночастиц лекарственных препаратов. Последнее позволяет улучшить их растворимость и биодоступность в организме.
• Химическая чистка. $scCO_2$ используется как экологически безопасная альтернатива перхлорэтилену и другим токсичным органическим растворителям в аппаратах для сухой чистки одежды.
• Производство материалов. Используется как среда для проведения полимеризации, для вспенивания полимеров с целью получения лёгких пористых материалов, а также для создания аэрогелей — материалов с рекордно низкой плотностью.
• Нефтегазовая промышленность. $scCO_2$ закачивают в нефтяные пласты для увеличения их нефтеотдачи. Смешиваясь с нефтью, он снижает её вязкость и поверхностное натяжение, что облегчает её вытеснение к добывающим скважинам.
• Микроэлектроника. Применяется для деликатной и сверхчистой сушки кремниевых пластин и других хрупких микроструктур. В отличие от испарения обычной жидкости, переход $scCO_2$ в газообразное состояние не создаёт разрушительных сил поверхностного натяжения.

Ответ: Сверхкритический оксид углерода(IV) используют в пищевой промышленности (например, декофеинизация кофе), фармацевтике (экстракция и создание лекарств), в качестве экологичного растворителя для химчисток, в производстве полимеров и аэрогелей, в нефтедобыче для повышения нефтеотдачи, а также в микроэлектронике для чистки и сушки компонентов.