超临界流体 超临界流体是指物质的温度和压力同时超过其临界温度（Tc）和临界压力（Pc）时所处的一种特殊的流体状态。 要理解超临界流体，我们首先需要回顾物质的基本相态。通常情况下，物质有三种主要的相态：固态、液态和气态。例如，水在常温常压下是液态，加热到100°C（在一个标准大气压下）会变成水蒸气（气态），冷却到0°C会变成冰（固态）。相与相之间的转变是通过改变温度或压力来实现的。 现在，我们关注从液态到气态的转变。当你对一个密闭容器中的液体加热时，它的蒸气压会升高。当液体的蒸气压等于外界压力时，液体内部就会产生气泡，发生沸腾，这个温度就是该压力下的沸点。如果我们持续增加压力，沸点也会随之升高。同时，气态物质在加压时也可以被液化，但有一个温度限制：高于这个温度时，无论施加多大的压力，气体都无法被液化。这个温度就是 临界温度（Tc） 。在临界温度时，使气体液化所需的最小压力就是 临界压力（Pc） 。在相图上，临界温度线和临界压力线交汇于一个点，称为 临界点 。 当一种物质被加热并加压到超过其临界点（即 T > Tc 且 P > Pc）时，它就进入了超临界状态。此时，它既不是传统意义上的液体，也不是气体，而是兼具液体和气体双重特性的单一相流体。它被称为“流体”是因为它能够流动。 超临界流体具有一些独特的物理性质： 密度 ：超临界流体的密度接近液体（通常是液体密度的1/3到1/2）。高密度意味着它具有像液体一样的强溶解能力。 粘度 ：超临界流体的粘度接近气体，远低于液体。低粘度意味着它的流动性非常好，易于渗透到微孔材料中。 扩散性 ：超临界流体的扩散系数介于气体和液体之间，但比液体高1到2个数量级。这意味着物质在超临界流体中的传递和混合速度比在液体中快得多。 这些性质的组合（高溶解能力、低粘度、高扩散性）使得超临界流体在许多领域有重要应用。最著名的例子是 超临界二氧化碳（scCO₂） 。二氧化碳的临界温度（31.1°C）和临界压力（7.38 MPa）相对容易达到，且本身无毒、不燃、化学性质稳定、价格低廉。 超临界流体的应用主要包括： 萃取分离 ：利用其高溶解能力从天然产物中提取有效成分，如用scCO₂从咖啡豆中脱除咖啡因（替代有毒的有机溶剂二氯甲烷），从啤酒花中提取风味物质，以及从植物中提取香精和油脂。 材料加工 ：利用其高渗透性，可用于制备微孔材料、给聚合物染色、进行干洗等。 化学反应 ：作为反应介质，可以增强反应物之间的传质，有时还能影响反应的选择性，用于超临界水氧化处理有毒废物。 色谱分析 ：作为流动相，称为超临界流体色谱（SFC），结合了气相色谱的高扩散性和液相色谱的高溶解性优点。 总结来说，超临界流体是物质在超越其临界点后形成的一种特殊状态，它巧妙地融合了液体的溶解能力和气体的传递特性，从而在工业分离、材料科学和化学合成等领域发挥着不可替代的作用。