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19 Gennaio 1894: James Dewar ottiene aria solida


Gli scienziati sono stati a lungo affascinati dalle diverse fasi della materia, in particolare dalle varie temperature e pressioni alle quali avvengono i cambiamenti da una fase all'altra. Alcuni dei lavori più innovativi nel trasformare i gas in liquidi e solidi sono stati realizzati nel tardo 19° secolo da un chimico e fisico scozzese di nome Sir James Dewar.

Più giovane fra sei fratelli, Dewar nacque nel 1842 a Kincardine, Scozia. Rimasto orfano a 15 anni, riusci comunque ad acquisire una buona formazione scientifica,

prima frequentando la Dollar Academy,quindi proseguendo gli studi presso l'Università di Edimburgo, trovando un mentore nel chimico Lord Lyon Playfair.

Profondamente interessato sia alla fisica che alla chimica, Dewar descrisse diverse formule per il benzene, pubblicò su diversi argomenti come l'elettrofotometria, la temperatura del sole e la chimica dell'arco elettrico. Nel 1875, divenne professore all'Università di Cambridge, e fu eletto alla Royal Institution due anni più tardi. Nel 1878, iniziò una serie di studi sulla spettroscopia dei gas, compreso il loro comportamento quando raffreddati a temperature molto basse.

Era questo un argomento di ricerca di grande interesse in quel periodo. Nel 1845, il leggendario il fisico Michael Faraday aveva liquefatto con successo i gas più noti, ad eccezione di sei, che divennero quindi noti come il gas "permanenti": ossigeno, idrogeno, azoto, monossido di carbonio, metano e monossido di azoto. Appena due anni dopo che Dewar arrivò alla facoltà di Cambridge, due chimici francesi, Louis Cailletet e Raoul Pictet, riuscirono a produrre ossigeno e azoto in forma liquida raffreddandoli ad appena 80 gradi sopra lo zero assoluto.

Dewar dedicò una delle sue conferenze serali del venerdì alla Royal Institution a questo tema, mostrando l'apparato che Cailletet aveva usato per liquefare i gas. Il suo sogno era di continuare il lavoro dei francesi per liquefare alcuni dei gas permanenti rimanenti. Ci vollero più di sei anni, ma alla fine Dewar riuscì nella sua ricerca liquefacendo l'aria il 5 giugno, 1885.

Nel 1891, Dewar produsse ossigeno liquido in grandi quantità, e dimostrò che l'ozono liquido era fortemente attratto da un magnete. Ma il suo desiderio di investigare ulteriormente sulla liquefazione del gas a temperature estremamente basse erano ostacolati dalla mancanza di un mezzo per mantenere i gas freddi un tempo sufficiente per studiarli. I gas liquefatti assorbivano calore dall'aria dell'ambiente troppo rapidamente ed evaporavano di nuovo nella fase gassosa. 

Dewar ebbe l'idea di usare un recipiente di vetro all'interno di un altro, con le doppie pareti separate da uno strato di vuoto sottile. Ciò mantenne i liquidi freddi per lunghi periodi di tempo e contribuì a rivoluzionare la ricerca a bassa temperatura. Lo scienziato Fellow Heike Kamerlingh Onnes l'ha definita "una magnifica invenzione, l'apparecchio più importante per la ricerca a temperature estremamente basse."

Questa fu la svolta tecnologica che era necessaria a Dewar per continuare il suo lavoro. Diede una serie di sei lezioni nel mese di dicembre del 1893, concludendo l'8 gennaio 1894, in cui liquefece parte dell'aria nella sala conferenze per il pubblico. Mostrò inoltre come l'aria sarebbe potuta rimanere in forma liquida per un bel po', se correttamente racchiusa in un "vaso Dewar." Due settimane dopo, produsse con successo aria solida alla riunione della Royal Institution di 19 gennaio.

Ahimè, Dewar trascurò di brevettare la sua invenzione, così non raccolse alcun beneficio economico quando due vetrai tedeschi fabbricarono i primi Thermos GmbH commercializzando e brevettando un prodotto di grande successo commerciale per conservare la temperatura di bevande sia calde che fredde basato sulla idea di Dewar, che poi perse una causa per rivendicare i suoi diritti di inventore.

Ma la sua ricerca scientifica prosperò. Dewar liquefece con successo gas idrogeno nel 1898, con una grande macchina di raffreddamento costruita alla Royal Institution. E continuò a migliorare i suoi metodo riuscendo ad abbassare la temperatura ad appena 13 gradi sopra lo zero assoluto, un punto in cui tutti i gas, tranne l'elio, sono allo stato liquido.

Dewar avrebbe tanto voluto completare l'opera con questo ultimo successo, ma il suo primo tentativo per liquefare l'elio, non riuscì. L'elio era scarso al periodo, e sembra che la sua fonte di elio fosse contaminato con gas neon, che congela ad una temperatura superiore. Il suo apparato sperimentale pertanto fu intasato dal ghiaccio.

L'onore di essere il primo per liquefare l'elio alla fine fu di Onnes nel 1908, basandosi sui metodi di Dewar. Onnes ricevette il premio 1913 Nobel per la Fisica per il suo lavoro. Dewar non l'ebbe mai, anche se fu candidato più volte. 

Mentre prestava servizio in un comitato governativo sugli esplosivi alla fine del 1880, Dewar e un collega,  Frederick Abel, sviluppò la cordite, una polvere da sparo senza fumo.

Lo scoppio della prima guerra mondiale interruppe il programma di ricerca di Dewar sulle proprietà degli elementi a basse temperature. Dewar non ricostruì il suo programma dopo la fine della guerra, dedicando la sua attenzione principalmente a studiare la tensione superficiale nelle bolle di sapone, e a misurare la radiazione infrarossa nell'atmosfera con un termoscopio di sua invenzione.

Dewar rimase attivo come scienziato fino alla fine. Morì a Londra il 27 marzo 1923. Ma il suo lavoro nei gas a bassa temperatura, e in particolare la sua invenzione del vaso Dewar, si è rivelata fondamentale nel campo della criogenia.