Un ricercatore ha recentemente proposto una soluzione semplice e unificata a un problema di lunga data: la determinazione della temperatura alla quale un materiale passa dallo stato solido a quello liquido, tenendo conto della pressione applicata. Questo fenomeno, noto come fusione, è stato oggetto di studio per molti anni, e la sua comprensione è fondamentale in vari campi, dalla scienza dei materiali alla progettazione di farmaci.
La temperatura di fusione di un materiale non dipende solo dalla sua natura chimica, ma anche dalla pressione a cui è sottoposto, per questo motivo, fisici e chimici utilizzano i diagrammi di fase temperatura-pressione per visualizzare le condizioni in cui una sostanza si troverà in uno stato solido, liquido o gassoso; questi diagrammi sono spesso il risultato di costosi esperimenti di prova ed errore.
Il professor Kostya Trachenko della Queen Mary University, il cui lavoro è stato pubblicato in accesso aperto sulla rivista Physical Review E, afferma che esiste una formula universale per prevedere la linea di fusione in questi diagrammi. Trachenko ha recentemente pubblicato un libro intitolato “Teoria dei liquidi” in cui sostiene che la linea di fusione può essere descritta da una semplice equazione parabolica.
Questa scoperta potrebbe semplificare notevolmente la progettazione di esperimenti per determinare la linea di fusione, permettendo di effettuare misurazioni in condizioni più agevoli. La scoperta di Trachenko del resto ha implicazioni profonde, suggerendo una comunanza fondamentale tra materiali che potrebbero sembrare non correlati.
“La semplicità e l’universalità di questo risultato sono particolarmente entusiasmanti”
ha affermato Trachenko, il quale ha poi in seguito aggiunto:
“Ciò suggerisce che la fusione, nonostante le sue complessità, mostra un’unità fondamentale tra diversi sistemi, dai gas nobili ai metalli.”
Trachenko ha derivato la sua equazione concentrandosi sull’energia di una sostanza nel punto in cui si scioglie o si solidifica, un approccio diverso da quello della maggior parte dei lavori precedenti, che si concentravano sull’entropia. Secondo Trachenko, la linea di fusione è determinata dalla costante di Planck, dalla massa e dalla carica dell’elettrone, e dai gusci in cui si trovano gli elettroni esterni di una sostanza.
L’idea che esista una formula per prevedere la linea di fusione potrebbe non sembrare sorprendente, dopotutto esistono già equazioni per prevedere i punti in cui i liquidi si trasformano in gas (basate sulla termodinamica teorica) e per la sublimazione, il processo in cui i solidi si trasformano direttamente in gas senza passare per lo stato liquido (come accade per le comete che si avvicinano al Sole), tuttavia data la complessità del fenomeno della fusione e il fatto che la definizione del confine tra solido e liquido non è sempre semplice, la scoperta di Trachenko è notevole.
La teoria sulla fusione di Trachenko è accettata da tutti?
Non tutti sono convinti della validità dell’approccio di Trachenko. Il dottor Sergey Kharpak del Centro aerospaziale tedesco ha osservato che Trachenko ha fatto uso di approssimazioni basate sull’“intuizione fisica” in diversi punti della sua derivazione, e secondo lo stesso Kharpak, solo test approfonditi in condizioni mai utilizzate prima potranno stabilire se Trachenko ha ragione.
La scoperta di Trachenko potrebbe avere implicazioni anche al di fuori del mondo accademico, infatti se i personaggi dei fumetti come le regine del ghiaccio e gli aiutanti dei supereroi possono congelare tutto ciò che toccano, potrebbe esserci un mercato per i cattivi fantasy che fanno il contrario. Ma per farlo, devono sapere dove si trova il limite.
- Risparmio di tempo e risorse: attualmente, la determinazione della linea di fusione nei diagrammi di fase temperatura-pressione richiede costosi esperimenti di prova ed errore. Se l’equazione parabolica proposta da Trachenko si dimostra accurata, potrebbe semplificare notevolmente questo processo, permettendo di effettuare misurazioni in condizioni più agevoli;
- scelta dei materiali: la conoscenza precisa della linea di fusione può essere essenziale per la scelta dei materiali in ingegneria avanzata. Ad esempio, in un motore a reazione, è fondamentale sapere a quale temperatura e pressione un metallo passa dallo stato solido a quello liquido per evitare danni al motore;
- progettazione di farmaci: anche nel campo della progettazione di farmaci, la conoscenza della linea di fusione può essere importante. Ad esempio, può influenzare la velocità con cui un farmaco viene rilasciato in un organismo o la sua stabilità durante la conservazione;
- scienza dei materiali: la scoperta di Trachenko potrebbe portare a nuove intuizioni nella scienza dei materiali, dato che suggerisce una comunanza fondamentale tra materiali che potrebbero sembrare non correlati;
- Fantascienza e intrattenimento: infine, sebbene questo possa sembrare un po’ lontano dalla realtà, la scoperta di Trachenko potrebbe avere implicazioni anche nel mondo dell’intrattenimento. Ad esempio, potrebbe ispirare nuovi personaggi di fantascienza che hanno la capacità di fondere tutto ciò che toccano.
Ricordiamo, tuttavia, che la validità dell’approccio di Trachenko è ancora oggetto di discussione nella comunità scientifica e richiederà ulteriori test e verifiche.
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