Appunti di chimica: la temperatura critica

Per molti studenti delle scuole superiori, soprattutto per quelli che hanno scelto il Liceo Classico, la chimica non rappresenta propriamente la materia preferita. Se approcciata nella maniera corretta però, questa materia è in grado di appassionare gli scolari, che potranno trovare spiegazione ai tanti eventi naturali che caratterizzano la vita di tutti i giorni.
In questi appunti cercheremo di fornire un quadro generale di un argomento importantissimo sia dal punto di vista chimico che fisico: la temperatura critica.

Ci siamo mai chiesti cosa avverrebbe se in un recipiente chiuso, mantenendo costante la temperatura, comprimessimo un vapore che non si trovi in una situazione di equilibrio con il suo liquido?
Via via che il volume del vapore diminuisce, aumenta la concentrazione delle molecole allo stato gassoso e di conseguenza la pressione del vapore, finché questa non raggiunge la tensione di vapore del liquido a quella temperatura. A questo punto il vapore, se sottoposto ad un'ulteriore compressione, non aumenta di pressione, ma passa allo stato liquido, ossia condensa.

La temperatura critica viene definita in diversi campi. Nella transizione dei fluidi la temperatura critica rappresenta quel limite superato il quale una sostanza non può passare allo stato liquido: questa soglia è specifica di ciascuna sostanza. Nella transizione superconduttiva la temperatura critica rappresenta quel limite sotto il quale un materiale diviene superconduttore. In definitiva, la temperatura critica è quella soglia in cui avviene una transizione di fase.

La temperatura critica delle sostanze cresce all'aumentare delle forze intermolecolari. Sopra la temperatura critica, non è possibile che un gas si liquefaccia perché la velocità delle sue molecole è così grande che esse non riescono a formare legami intermolecolari anche quando si trovano molto vicine, a causa delle alte pressioni applicate. Deduciamo dunque come un aeriforme cessi di essere condensabile per compressione a temperature tanto più elevate, quanto maggiori sono le forze intermolecolari.

Si potrebbe pensare che la trasformazione di un aeriforme in liquido, esercitando pressioni sufficientemente grandi, possa prodursi a tutte le temperature. Invece se si supera una certa soglia specifica per ogni sostanza, detta temperatura critica, questo non accade. Per queste ragioni quando si parla di temperatura critica si fa riferimento a quella temperatura oltre la quale una sostanza può esistere esclusivamente allo stato gassoso. Se un gas si trova a una temperatura più alta di quella critica, per liquefarlo occorre abbassare la temperatura fino a raggiungere la temperatura critica o una temperatura inferiore, e applicare una sufficiente pressione. Per esempio, l'azoto, che presenta una temperatura critica pari a -147 °C, non può essere liquefatto a temperatura ambiente: la sua liquefazione può avvenire solo se l'elemento viene portato a temperature inferiori a -147 °C.

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