Imagem: Diagrama de mudança de estado ou transição de fase da água pura.
No ponto triplo, as 3 fases (sólido, líquido, gasoso) coexistem a uma determinada temperatura e pressão.
No ponto crítico (218 atm, 314°C), a água atinge a fase supercrítica entre o líquido e o gás.
O estado supercrítico da água é um estado especial que está além de seus estados tradicionais de sólido, líquido e vapor. O estado supercrítico não existe na vida cotidiana.
No estado supercrítico, as moléculas de uma substância têm alta energia cinética, mas não estão distantes o suficiente para formar um gás. Portanto, os fluidos supercríticos têm propriedades únicas que os distinguem tanto dos líquidos quanto dos gases.
Em altas temperaturas e pressões, a água pode atingir um ponto em que as distinções entre as fases líquida e gasosa se tornam indistintas. Está então em um estado chamado "supercrítico", onde possui propriedades físico-químicas únicas.
Graças à sua densidade intermediária entre a da água líquida e a do vapor, a água supercrítica tem uma alta capacidade de dissolução de muitos compostos químicos. Ele pode se mover mais facilmente através de materiais porosos como se fosse um gás, mas com melhor capacidade de dissolução devido à sua maior densidade.
A temperatura na qual a água se torna supercrítica depende da pressão aplicada. Para água pura, o estado supercrítico é geralmente alcançado em temperaturas acima de 374 graus Celsius (647 Kelvin) e pressões acima de 220 bar (ou 22 MPa).
A água supercrítica é utilizada em vários campos da pesquisa científica e na indústria. Por exemplo, é usado para a extração de compostos de plantas, para descafeinação de café ou em aplicações de limpeza, purificação e tratamento de resíduos.
Em nossos oceanos com certa profundidade, a água atinge a pressão crítica (22 MPa) a uma profundidade de 2240 metros. A profundidade média dos oceanos é de 3 a 5 km, portanto, uma parte significativa do fundo do oceano excede essa pressão crítica. Mas a temperatura crítica é de 374°C, uma temperatura bem acima da temperatura média do fundo do mar (próxima de 0°C). No entanto, nas cordilheiras oceânicas chegam os basaltos derretidos. A profundidade média das cristas é de 2700 m, abaixo da “profundidade crítica”. Esses basaltos estão em uma temperatura muito alta, acima de 1100°C, então podemos muito bem imaginar que uma parte próxima às cristas ativas está no estado supercrítico da água.
A superfície do planeta Vênus é composta principalmente de dióxido de carbono (CO2). No entanto, o estado supercrítico do dióxido de carbono é alcançado a uma temperatura de 31°C (temperatura crítica) com uma pressão de 7,3 MPa (pressão crítica). A temperatura da superfície de Vênus é próxima a 400°C para uma pressão de cerca de 90 vezes a pressão atmosférica da Terra. A atmosfera inferior de Vênus está, portanto, em um estado supercrítico.
Os planetas gigantes gasosos compostos principalmente de hidrogênio e hélio certamente possuem estados supercríticos de matéria em suas camadas.
O hidrogênio e o hélio também têm pontos críticos muito baixos, o que significa que podem ser facilmente levados ao estado supercrítico em temperaturas e pressões relativamente baixas. O hidrogênio e o hélio tornam-se supercríticos quando têm uma temperatura acima de 33,2 K (-240,2°C) e uma pressão acima de 22,07 MPa.
No estado supercrítico, o hidrogênio e o hélio têm densidade semelhante à da água líquida, mas têm viscosidade e tensão superficial semelhantes às de um gás.
Além do sistema solar, as composições dos exoplanetas foram modeladas e pode ser que certos planetas (55 Cancri e e Gliese 876 d) tenham um oceano de água em estado supercrítico.
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