Università degli Studi - Firenze
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7/06/2010    Stampa la notizia

Scoperta su proprietà fisiche di uno stato di aggregazione della materia

Ricerca del Lens pubblicata su "Nature Physics" 

Sono state svelate proprietà fisiche di uno stato di aggregazione della materia fluida finora sfuggite all'osservazione scientifica. E' il risultato di una ricerca condotta dal Laboratorio Europeo di Spettroscopie non Lineari (LENS) dell'Università di Firenze in collaborazione con il CNR, con il Sincrotrone (ESRF) di Grenoble, l'Università di Roma "La Sapienza", l'Institute for Condensed Matter Physics, National Academy of Sciences of Ukraine e National Polytechnic University of Lviv (Ucraina).

Al di sopra di una certa temperatura e pressione - definite critiche - si ritiene normalmente che per una determinata sostanza fluida non si possa distinguere lo stato liquido da quello gassoso e, perciò, in tali condizioni si ritiene che si possa parlare solo di un'unica fase fluida sovracritica. I ricercatori hanno messo in discussione la nozione consolidata di uniformità di fase del fluido sopracritico e hanno mostrato l'esistenza, oltre il punto critico, di due fasi distinte con proprietà fisiche analoghe, rispettivamente, a quelle del liquido e del vapore.

"Abbiamo affrontato la questione studiando, con metodi sperimentali e computazionali, la velocità di propagazione delle onde acustiche con lunghezze d'onda dell'ordine del miliardesimo di metro (ipersuoni) in un sistema modello come l'argon, in condizioni di fluido sopracritico - spiega Mario Santoro del Lens - In definitiva abbiamo scoperto che la fase relativa al fluido supercritico risulta, in realtà, divisa in due sottoregioni con alcune proprietà fisiche tipiche delle fasi liquida e gassosa. Le due sottoregioni sono separate dalla linea di Widom, risultando quindi connesse da una vera e propria transizione di fase. Questo risultato potrebbe condurre, in un futuro immediato, ad una rivisitazione radicale della termodinamica dei fluidi e del concetto di fluido sopra-critico, con ripercussioni nei libri di testo scolastici".

Le condizioni termodinamiche dello studio sono state di alta temperatura (300 °C) ed alte pressioni (1000-40000 bar). La parte sperimentale è stata realizzata combinando due tecniche: la diffusione inelastica di radiazione X, presso sorgente di luce di sincrotrone (ESRF, Grenoble), atta a misurare direttamente la propagazione acustica, e la cella ad incudini di diamanti (tecnologia sviluppata presso il LENS, Firenze) necessaria per ottenere le elevate pressioni richieste. I valori della velocità degli ipersuoni sono stati poi anche ottenuti, in parallelo, tramite simulazioni di dinamica molecolare eseguite al calcolatore (Lviv, Ucraina).

"Riteniamo che i risultati di questo studio - aggiunge Santoro - aprano la strada alla comprensione profonda del comportamento della materia in condizione di fluido denso e caldo. Tale studio può, inoltre, avere ricadute di cruciale importanza per le scienze di base, la scienza della terra e dei pianeti, le nano-tecnologie e persino le tecnologie dello smaltimento dei rifiuti. Si pensi, ad esempio ai pianeti esterni o giganti del sistema solare: Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Tali corpi celesti sono costituiti in gran parte da idrogeno ed elio in condizioni di alte pressioni ed alte temperature, ovvero in condizioni di fluido sopracritico. I risultati della nostra ricerca potrebbero fornire nuovi strumenti per lo studio della struttura e della genesi di questi pianeti e, in ultima analisi, della genesi dell'intero sistema solare. Per quanto riguarda poi i possibili impieghi quotidiani - conclude Santoro - si consideri il fatto che i fluidi sopracritici (tipicamente l'anidride carbonica) vengono comunemente utilizzati dall'industria dello smaltimento dei rifiuti per pulire i filtri molecolari degli inceneritori. Una conoscenza più approfondita dello stato sopracritico potrebbe permettere la messa a punto di procedure più efficienti in tale campo".

 

G. G. Simeoni, T. Bryk, F. A. Gorelli, M. Krisch, G. Ruocco, M. Santoro e T. Scopigno, "Widom line as the crossover between liquid-like and gas-like behaviour in supercritical fluids"; Nature Physics, Advanced Online Publication, 6 giugno 2010, doi:10.1038/nphys1683

(La ricerca è stata segnalata da Mario Santoro, LENS, santoro@lens.unifi.it )

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