Como todos sabemos, todas las sustancias macroscópicas de la naturaleza existen en tres estados: sólido, líquido y gaseoso, al igual que el agua. En general, el estado de la materia de las sustancias tradicionales está determinado por la temperatura y la presión. Cuando la temperatura y la presión están bajo ciertas condiciones, pueden existir tres estados de la misma sustancia en equilibrio. Este punto se llama punto triple.
El punto donde existen gases y líquidos se llama punto crítico. Diferentes sustancias tienen diferentes puntos críticos, así como diferentes temperaturas y presiones críticas. Este fenómeno crítico fue descubierto por Andrews en 1869 cuando estudiaba la diferencia de densidad entre las fases gaseosa y líquida del dióxido de carbono. Tomemos el agua, por ejemplo. Cuando el agua está en el punto crítico, la temperatura crítica es 374°C y la presión crítica es 21,7 MPa (aproximadamente 218 veces la presión atmosférica estándar).
Cuando la temperatura y presión del agua superan el valor crítico, el agua estará en un estado supercrítico, y las propiedades del gas y del líquido serán muy similares y difíciles de distinguir, al igual que el líquido y el gas.
Estado supercrítico, que es la cuarta forma de la materia además de los sólidos, líquidos y gases. El agua en este estado se llama agua supercrítica.
Bajo presión atmosférica estándar (0,1013 MPa), el punto de congelación del agua pura es 0 y el punto de ebullición es 99,975.
A medida que aumenta la presión, también aumentará el punto de ebullición del agua. Cualquiera que haya utilizado una olla a presión debe entenderlo. Para convertir el agua corriente en agua supercrítica, se deben mantener altas temperaturas (por encima de 374ºC) y alta presión (por encima de 22,1 MPa). En el laboratorio, esto es fácil de lograr.
Aunque el ser humano ha descubierto y creado agua supercrítica hace mucho tiempo, y cree que el agua supercrítica debe existir en la naturaleza, no fue hasta principios del siglo XX que se realizó la observación número 65.438 de agua supercrítica. .
En 2008, cuando los científicos alemanes estaban inspeccionando un respiradero hidrotermal de alta temperatura en la Cordillera del Atlántico Medio, descubrieron que la temperatura más alta del agua cerca del respiradero alcanzaba los 464°C. Este descubrimiento dejó a los científicos extasiados porque. No solo es el líquido de mayor temperatura descubierto por los humanos en la naturaleza, sino que también es la primera vez que se descubre agua supercrítica de origen natural.
Las fuentes hidrotermales submarinas, también conocidas como "chimeneas negras submarinas", se forman cuando la corteza del fondo marino se expande y se separa, el agua de mar se filtra en el suelo y encuentra magma caliente. Los respiraderos hidrotermales de arriba fueron descubiertos por primera vez en 2005 por la científica profesora Andrea y su equipo de investigación de la Universidad Jacobs de Bremen en Alemania.
Hay tanta agua en la Tierra. La razón por la que los científicos descubrieron el agua supercrítica natural tan tarde es porque la existencia de agua supercrítica debe cumplir con los requisitos de alta temperatura y alta presión al mismo tiempo. Esta situación no es común en la Tierra y no hemos tenido la capacidad ni la oportunidad de observarla antes. Por ejemplo, aunque la presión en las profundidades del mar es suficiente, la temperatura del agua sólo en algunas zonas, como las chimeneas negras del fondo marino, puede alcanzar condiciones supercríticas.
El agua supercrítica tiene características tanto de líquido como de gas, lo que la convierte en un fluido inusual. Se puede considerar como un gas denso con una densidad cercana a la del agua líquida.
Aunque la densidad del agua supercrítica es cercana a la del agua, su viscosidad es baja, muy superior a la de los líquidos ordinarios, y su difusividad es alta, similar a la de un gas. Puede penetrar en los poros de sólidos como el aire y también puede permitir que otras sustancias se difundan rápidamente en agua supercrítica.
Además, el agua supercrítica también tiene fuertes capacidades oxidantes y disolventes. Muchas sustancias que son insolubles en agua líquida se pueden disolver rápidamente en agua supercrítica, la mayoría de los metales pueden corroerse lentamente en agua supercrítica y algunas sustancias pueden incluso arder en agua supercrítica. Las propiedades físicas y químicas del agua supercrítica pueden cambiar con la temperatura o la presión.
Son estas propiedades las que permiten que el agua supercrítica sea utilizada como disolvente, extractante y catalizador en el campo químico, y tiene aplicaciones en la aceleración de procesos de reacción química, separación y purificación. En segundo lugar, las características del agua supercrítica también se pueden utilizar para tratar aguas residuales y algunos contaminantes, lo que tiene amplias perspectivas de aplicación en el campo de la protección ambiental.
Muchos países del mundo, como Japón y Alemania, están estudiando tecnologías relacionadas con fluidos supercríticos. Los fluidos supercríticos, como los superconductores, deben mantener una determinada temperatura cuando se utilizan, lo que genera altos costes de aplicación y limita su espacio de aplicación. Sin embargo, todavía vale la pena estudiarlo debido a sus múltiples ventajas.