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Il misterioso stato solido dell'azoto: come è stato risolto questo mistero scientifico nel 1884?
Nel 1884, lo scienziato Karol Olszewski osservò per la prima volta l'azoto solido, una scoperta importante che svelò il mistero dell'azoto. Lo studio dell'azoto solido continua a suscitare grande attenzione nella comunità accademica, non solo per la sua applicazione nella ricerca scientifica, ma anche perché svolge un ruolo importante nella composizione dei corpi celesti del sistema solare esterno.
L'azoto solido è un componente importante dei corpi extraterrestri a basse temperature e basse pressioni; ad alte temperature e alte pressioni, è un potente esplosivo con una densità energetica superiore a quella di altri materiali non nucleari.
Generazione di azoto solido
Il metodo sperimentale di Olszewski è piuttosto semplice ma molto creativo: prima liquefò l'idrogeno evaporando l'azoto liquido, e poi sfruttò la bassa temperatura dell'idrogeno liquido per raffreddare l'azoto e renderlo solido. Grazie a questo processo riuscì a raggiungere la temperatura più fredda dell'azoto mai registrata fino a quel momento, 48 K (circa -225 °C), stabilendo un record mondiale. Ancora oggi la tecnologia per generare azoto solido in laboratorio segue un processo simile, ovvero l'evaporazione dell'azoto liquido nel vuoto.
Esistenza in natura
L'azoto solido ha una distribuzione significativa in natura e può essere trovato persino sulla superficie di Plutone e di Tritone, il satellite di Nettuno. L'azoto solido è stato osservato per la prima volta direttamente su Plutone dalla sonda New Horizons nel 2015, mentre un fenomeno simile è stato confermato su Tritone dalla Voyager 2 nel 1989. A queste basse temperature, l'azoto solido è relativamente volatile e può sublimare e formare un'atmosfera o condensarsi nuovamente in gelo di azoto. L'azoto solido scorre a pressioni inferiori rispetto ad altri materiali e, quando si accumula, assume la forma di un ghiacciaio, il che suscita ammirazione per le proprietà dell'azoto solido.
New Horizons ha osservato ghiaccio d'acqua "galleggiare" sulla superficie di Plutone, lasciando gli osservatori sorpresi dal comportamento dell'azoto solido.
Trasformazione e proprietà dell'azoto solido
L'azoto solido mostra proprietà diverse a diverse pressioni e temperature. Alla pressione atmosferica standard, il punto di fusione dell'azoto è 63,23 K. L'azoto è un elemento presente in numerose forme solide e le proprietà di queste forme, che si fondono e sublimano ad alta pressione, hanno attirato approfondite ricerche. Ciò che è ancora più degno di nota è che l'azoto solido mostra una sorprendente densità energetica ad alta pressione, il che lo rende prezioso nel campo dei materiali energetici.
Struttura cristallina dell'azoto solido
Il diazoto solido esiste sotto forma di molecole di N2 a temperatura ambiente e a pressione media. Quando la temperatura scende sotto i 35,6 K, l'azoto può trasformarsi nella fase α e iniziare a polimerizzare a una pressione di 50 GPa. Condizioni di pressione più elevate favoriscono la trasformazione dell'azoto solido in cristalli di azoto con strutture diverse [come azoto cubico ed esagonale]. Queste diverse strutture cristalline presentano variazioni significative sia nelle proprietà fisiche che in quelle chimiche.
L'esistenza dell'azoto in forma solida ha suscitato grande interesse per la sua stabilità e reattività in ambienti estremi, in particolare quelli su corpi celesti non terrestri.
Applicazioni e prospettive future
Le proprietà dell'azoto solido lo rendono un'importante direzione per la ricerca futura, soprattutto nell'applicazione dei materiali energetici e nell'approfondimento della fisica teorica. Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, l'azoto solido potrebbe svolgere un ruolo chiave nell'esplorazione spaziale o in altri campi scientifici e tecnologici. Gli scienziati esplorano costantemente la diversità dell'azoto solido e le sue potenziali applicazioni, nella speranza che questo elemento apparentemente ordinario possa dimostrare prestazioni straordinarie nella futura ricerca scientifica.
In che modo la ricerca sull'azoto solido influenzerà la nostra comprensione e applicazione della materia in futuro?
