Le due facce dei fluidi supercritici

C’è un capitolo dei libri di fisica da riscrivere: quello dei fluidi supercritici, in cui lo stato liquido e quello gassoso erano ritenuti finora indistinguibili. E invece lo sono. Un gruppo internazionale guidato da Tullio Scopigno dell’Università Sapienza di Roma, ha trovato che esistono due sottoregioni (separate dalla cosiddetta linea di Widom) che hanno proprietà fisiche tipiche rispettivamente della fase liquida e della fase gassosa. La scoperta, riportata su Nature Physics, avrà importanti ricadute nel prossimo futuro, dallo studio dei corpi celesti alle nanotecnologie, al settore hi-tech, allo smaltimento dei rifiuti a impatto zero.

Un elemento entra nello stato supercritico quando oltrepassa il punto critico, determinato da particolari valori di pressione e temperatura (diversi da sostanza a sostanza). Proprio in virtù delle loro proprietà ibride, questi fluidi sono utilizzati in molti processi industriali, come la fabbricazione della birra, l’estrazione di oli essenziali e per decaffeinare i chicchi di caffé senza lasciare residui tossici. Il fluido supercritico, infatti, ha la proprietà di diffondersi attraverso i solidi come un gas e di dissolvere i materiali come un liquido.

Il punto di partenza dei ricercatori è stato fornito dalla presenza di dati sperimentali in apparente contrasto: nella fase supercritica l’ossigeno mostra il comportamento caratteristico di un liquido, mentre il neon si comporta a tutti gli effetti come un gas. Per cercare di spiegare questi dati, l’équipe ha quindi preso in esame un campione di argon nello stato supercritico (mantenuto alla temperatura costante di 300 gradi centigradi e sottoposto a pressioni elevate, tra le 4.000 e le 40.000 atmosfere) e ha osservato come varia la velocità delle onde acustiche al suo interno. Il campione è stato studiato con la tecnica di diffusione anelastica dei raggi X (prodotti al sincrotrone di Grenoble), affiancata da simulazioni di dinamica molecolare.

Dal cambiamento della velocità del suono in relazione alla pressione applicata, i ricercatori hanno dedotto che all’interno del campione esistono due regioni distinte. Questo, secondo gli autori, porterà a rivedere alcuni precetti della termodinamica dei fluidi e i risultati potranno essere applicati alla fabbricazione di solventi non inquinanti, come già accade per l’anidride carbonica, comunemente impiegata per pulire i filtri molecolari degli inceneritori. (g.d.)

Riferimento: doi: 10.1038/nphys1683