Alta pressione

Percy Williams Bridgman ricevette il premio Nobel nel 1946 per aver fatto progredire questo settore della fisica di diverse grandezze di pressione (da 400 MPa a 40.000 MPa). La lista dei padri fondatori di questo campo include anche i nomi di Harry George Drickamer, Tracy Hall, Francis P. Bundy, Leonid F. Vereschagin e Sergey M. Stishov.

È stato applicando l’alta pressione e l’alta temperatura al carbonio che sono stati prodotti per la prima volta i diamanti artificiali e molte altre scoperte interessanti. Quasi tutti i materiali, se sottoposti ad alta pressione, si compattano in una forma più densa, per esempio, il quarzo, chiamato anche silice o biossido di silicio, adotta prima una forma più densa conosciuta come coesite, poi, applicando una pressione ancora maggiore, forma la stishovite. Queste due forme di silice sono state scoperte per la prima volta da sperimentatori ad alta pressione, ma poi trovate in natura nel luogo di impatto di un meteorite.

I legami chimici possono cambiare sotto alta pressione, quando il termine P*V nell’energia libera diventa paragonabile alle energie dei legami chimici tipici – cioè a circa 100 GPa. Tra i cambiamenti più eclatanti ci sono la metallizzazione dell’ossigeno a 96 GPa (rendendo l’ossigeno un superconduttore), e la transizione del sodio da un metallo quasi libero da elettroni a un isolante trasparente a ~ 200 GPa. La sperimentazione ad alta pressione ha portato alla scoperta dei tipi di minerali che si ritiene esistano nel mantello profondo della Terra, come la perovskite di silicato, che si pensa costituisca la metà della massa terrestre, e la post-perovskite, che si verifica al confine tra nucleo e mantello e spiega molte anomalie dedotte per quella regione.

Pressioni “punti di riferimento”: le pressioni tipiche raggiunte da presse di grande volume sono fino a 30-40 GPa, le pressioni che possono essere generate all’interno di celle a incudine di diamante sono ~1000 GPa, la pressione al centro della Terra è 364 GPa, e le pressioni più alte mai raggiunte in onde d’urto sono oltre 100.000 GPa.