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T'/ILIPPI e F'COMtVSDVCCI

LP UQi/EfRXlOME

DfLL' BRJBepei GBS

FRPiTELM

BOCCK EDIT:

Pieeola Biblioteea di Seienze jVIodepne

Eleganti volumi in-12®

1. Zanotti-Bianco. In cielo. Saggi di astronomia L. 2,50 2. Cathrein. II Socfalismo. Sno valore teoretico e pratico. — (3® edi-

zione) >2 — B. Brucke. Bellezza e difettf del eorpo umauo. — Con figure » 2,50 4. Sergi. Aril e Italiei. Attorno all'Italia preistoriea. — Con figure » 8 — 5. Rizzatti. Varieta di storla naturale. — Con figure . 5 — 6. Lombroso. II problema della feliclta »g — 7. Morasso. Uomiiii e Idee del domani. — I/egoarchia ...» 8,50 8. Kautskt. Be dottrine eeonomielie di C. ]llarx. - (Sequestrato) * 8 — 9. Hugues. Oeeanogjrafla » 8,50

10. Frati. Ba donna iialiana » 2 — 11. Zanotti Bianco. Nel regno del sole » 2,50 12. Troilo. 11 mistieismo moderno ...» 8 — 13. Jerace. Ba giiinastiea e 1'arte greea. — Con figure . ...» 8 — 14. Revelli. Perelie si nasee maselii o femmlne ? » 2,50 15. Groppali. Ba genesi soeiale del fenomeno scientifieo . . » 2,50 16. Yecchj e D'Adda. Ba marina eontemporanea. — Con 90 fig. » 5 — 17. De Sanctis. I sogni »5 — 18. De Lacy Evans. Come prolungare la vita » 8 — 19. Strafforeleo. Dopo la morte » 8 — 20. Lassar-Cobn. Ba eliimiea nella vita quotiiliana. — Con figure » 4 — 21. Mach. Betture scientifielie » 8,50 22. Antonini. I precursor! di Bombroso. — Con figure ..•..» 2,50 28. Trivero. Ba teoria dei bisogni » 2,50 24. Vitai.i. II rinascimento edueativo » 2 — 25. Disa. Be prevision! del tempo » 8 — 26. Tarozzi. Ba virtu eontemporanea »2 — 27. Strafforello. Ba scienza ricreativa »B — 28. Sergi. Deeadenza delle nazioni latine »4 — 29. MASfe-DARi. M. T. Cicerone e le sue idee eeonomielie e social! » 4 — 80. De Roberto. B'Arte » 2,50 81. Baccioni. Ba vigilanza igieniea degli aliinenti. — Con figure » 4 — 82. Marchesini. II simbolismo » 8,50 88. Naseli.i. ^leteorologia nautiea » 2,50 84. Niceforo. Italiani «lel nord e italiani del su<l ....... 5 — 85. Zoccoli. Federico Kielzselie » 4 — 86. Loria. II cnpitnlismo e la scienza » 3,50 87. Osborn. Dai Oreei a Darn in » 8,50

LA LIQUEFAZIONE DEI GAS

E DELL'ARIA IN PARTiCOLARE

ALIPPI e COMANDUGCi;

LA

[QUEFAZIONE DEI GAS

E

DELI/ARIA IN PARTICOLARE

TORINO

FRATELLI BOCCA, EMTORI

MILANO - ROMA - FIRENZE i» 1903

PROPRIETA LETTESARIA

Torino — Vincknzo Bona, Tip. delle LL. MM. e dei KB. Principi (9249)

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PREFAZIONE

Questo libro non e per gli scienziati; ma per

tutti coloro1 che, forniti di una coltara generate,

si interessano alle grandi conquiste delta scienza

ed amano in forma elementare prenderne cogni-

zione particolareggiata.

Uargomento e di viva attualitd}-e le invenzioni

e le ricerche, fatte in proposito in questi ultimi

anni, aprono campi finora inesplorati agli stud'i dei

fisici7 dei chimici, dei fisiologi, e fanno balenare

la speranza di nuove e fortunate applicazioni pra-

tiche nel campo vastissimo delle industrie.

Pertanto delle piii recenti scoperte intorno at-

Varia e all7idrogeno liquidi ci siamo occupati in

modoparticolare, dopo aver brevemente compendiata

la storia delta liquefazione dei gas, A questa parte

credemmo opportuno premettere alcuni capitoli in

cui esponiamo elementarmente la teoria cinetica

C ' S ■ J ■ •»

VI PREFAZTOXE

degli aeriformi ed in cui richiamiamo fatti e leggi

die si trovano, del resto, in ogni trattato di Fi-

sica, ma che qni sono opportunamente coordinati

al soggetto di cui il libro si occupa, onde piii fa¬

cile riesca al lettore comprendere come sia stato

risolto V importantissimo problema della liquefa-

zione dei gas.

Gli Autori.

INDICE

Prefazione pay* v Introduzione . n 1 Capo I. — I ire stati d'agyregazione dei corpi —

1° Stati fisici dei corpi. — 2° Definizione dello stato d'un corpo. — 8° Limite d'ingrandimento nei microscopii. — 4° Dimensioni delle molecole. —. 5° I due infiniti. — 6° Necessita dell'ipotesi molecolare. — 7° Necessita dell'ipotesi atomica. — 8° Amplificazione imaginaria del mondo delle molecole e degii atomi. — 9° Analogia coi sistemi stellari. — 10° L'etere cosmico. — 11° Sua costituzione e suo ufficio. — 12° La meccanica neH'universo „ 7

Capo II. — Gas reali e gas perfetto. — 1° Proprieta dei corpi, dovute allo stato d'aggregazione delle molecole. — 2° Necessita di studiare un gas ideale, invece dei gas reali. — 8° Legge di Boyle e di Mariotte — 4° Formole di Kronig e Clausius. — 5° Zero assoluto e temperatura assoluta. — 6° Legge dello stato gazoso. — 7° Ter- mometro a gas. — 8° Uso del termometro a gas e suoi pregi. — 9° Coppie termo-elettriche. — 10° Formola del Van-der-Waals. — 11° Gas reali e gas perfetto. — 12° Recenti esperienze sulla legge di Boyle „ 38

Capo III. — II punto critico degli aeriformi e le basse temperature. — II panto critico. — 1° Tempera¬ tura critica. — 2° Differenze tra gas e vapore. — 3® Esperienze dell'Andrews. — 4° I gas per- ■manenti. — Le basse temperature. — 5° Vapo-

VIII IXDICE

rizzazione e condensazione. — 6° Evaporazione ed ebullizione. — 7° Galore di vaporizzazione. — 8° Macchina frigorifera a gas liquefatti. — 9° Diversi tipi di macehine frigorifere. — 10° Mac- ehine frigorifere ad assorbimento. — 11° Usi delle maccbine frigorifere. — 12° Miscugli frigoriferi. — 18° Raifreddamento dei gas per espansione pag. 72

Capo IV. — La liquefazione dei gas facilmente coercibili. — 1° Prime esperienze sulla liquefazione dei gas. — 2° Esperienze del Faraday, del Thi- lorier. — 3° Apparecchio del Natterer e del Berthelot. — 4° Apparecchio del Cailletet. — 5° Altre esperienze del Faraday — 6° Impos- sibilita di liquefare colla sola pressione alcuni gas . „ 103

Capo V. — La liquefazione dei gas detti permanenti. — 1° Liquefazione dell'ossigeno per opera del Pictet. — 2° Liquefazione dell'idrogeno. — 3° Ana- loghe esperienze del Cailletet. — 4° Apparecchio del Wroblewski e del Olzewski. — 5° Lique¬ fazione delFossigeno e dell'azoto, per opera di questi. — 6° Liquefazione dell'aria. — 7° Lique¬ fazione delFidrogeno *119

Capo VI. — La liquefazione dell'aria. — 1° Principio della macchina Linde. — 2° Prima idea della macchina Linde. — 3° Descrizione della prima macchina Linde. — 4° Macchina Linde per laboratorio. — 5° Liquefattore Hampson . . „ 146

Capo VII. — Le meraviglie delVaria liquida. — 1° Con- servazione dell'aria liquida. — 2° Esperienze coll'aria liquida. — 3° L'argon e i compagni del- Yargon. — 4° L'attivita chimica della materia alia temperatura dell'aria liquida. — 5° La vita alle bassissime temperature. — 6° Proprieta fisiche e chimiche dei corpi alle bassissime tem¬ perature. — 7° Liquefazione dell' idrogeno e sua solidificazione. — 8° Tentativi per liquefare Velio. — 9° Proprieta dell'idrogeno allo stato liquido e allo stato solido. — 10° Esperienze coll'idrogeno liquido. —= 11° Metodo di Raoul Pictet per la preparazione dell'aria liquida. — 12° L'aria liquida negli usiindustriali. — 130L'aria liquida nella terapeutica. — 14° Verso lo zero assoluto! „ 170

, TTYT rTTTTrTTTTTTTTTT TTTT

Introduzione.

L'attenzione del pubblieo e stata in questi ul-

timi tempi attratta da una grande seoperta scientifica — la liquefazione delVaria —, seoperta che

generalmente e ereduta nuova, mentre fino dal 1885 Taria era gia stata liquefatta per opera del Wroblewski e delbOlszewski. Ma allora tale importante conquista della seienza non interessb che gli studiosi, perche la liquefazione dell'aria presentava immense difficolta sperimentali, e,

superate queste, non si aveva ehe una ben piccola quantita di liquido, la quale per giunta non si poteva conservare se non pochi minuti.

Inventate in questi ultimi anni dal Tripler, da Ostergren e Burger, dal Linde, dalkHampson maechine relativamente sempliei e pratiche con cui e possibile preparare in breve e facilmente una rilevante quantita d'aria liquida, la grande

seoperta usci dallo stretto ambito della seienza

ed entro nel dominio del pubblieo ed il pubblieo

Aijppi e Comanducci, La liquefazione, ecc. 1

2 LA LIQUEFAZIONE DEI GAS E DELL'AIUA

se ne interesso vivamente, come si interessa

sempre di tutto eio ehe e grande, che e bello, che e utile, che rappresenta una nuova vittoria delharte, o una grande conquista della scienza! Esso guarda con occhio, si potrebbe quasi dire di commiserazione, lo scienziato che s'affanna in

ricerche ed in istudi di cui non sa valutare I'importanza o di cui non comprende Tutilita; ma

quando da quelle ricerche, da quegli studi, da quelle speculazioni laboriose ed ardite, salta fuori il vero, o ne deriva la grande invenzione che benefica tutti, che apre nuovi orizzonti alle in-

dustrie, che trasforma la nostra vita civile — sia il rimedio contro Fidrofobia, sia il motore elettrico, sieno i raggi Rontgen, sia il telegrafo senza fili — allora il pubblico batte le mani ed

inneggia e benedice alia scienza vittoriosa ed aggiunge alia corona d'alloro, che cinge la fronte del Grande, la piii bella delle fronde, quella della sua riconoscenza, che s'ingigantisce, e che s'infutura nei secoli. Molte volte pero coloro che prepararono il grande evento, non ne colsero i

frutti, e la ricca messe fu mietuta piii tardi da altri, forse meno valorosi, certo piii fortunati.

In questa breve storia della liquefazione dei gas, il lettore vedra quanta gloria sia dovuta ad uomini del passato, che la scienza riconoscente ricorda, ma che alia generalita delle persone sono ingiustamente ignoti.

IN'TKODUZIOXE 3

* ^ *

La liquefazione deU'aria per opera del Linde commosse il pubblico quasi insieme con altre

due scoperte, ehe appassionarono anche maggiormente: i raggi Rontgen ed il telegrafo senza fili. Poter vedere attraverso corpi opachi, poter trasmettere la parola a grandi distanze senza

vie di comunieazione, attraverso il libero spazio, son cose che hanno del prodigioso addirittura, tanto piii che, specialmente attraverso le iperbo- liche narrazioni di certi giornali, la fantasia po- polare va oltre il vero e imagina cento dove non

e che dieci. Chi ha assistito pero a conferenze e ad esperienze pubbliche sull'aria liquida, pub dire quale vivo interesse, quanta grande mera-

viglia essa e le brillanti esperienze che con essa si fanno destassero nelle persone presenti. Ed

invero! L'aria, questo fluido azzurro che ci circonda, a nessuno ignoto perche supremamente

indispensabile alia vita, Faria che ci accarezza il viso e che schianta I'albero secolare, Faria

che ci porta i suoni, Faria che diffonde la luce del sole e ce la prodiga nelFazzurro intense del

cielo, nei fiammeggianti colori del crepuscolo,

nelFiride luminosa, la si vedeva ridotta in un

liquido turchiniccio, immensamente freddo, donde si sprigionava un denso vapore! Quale strana

trasformazione! E quali meravigliose esperienze

4 LA LIQUEFAZIOXE DEI GAS E DELL*ARIA

con esso! Immergere in quel liquido un carbone, e vedere il carbone bruciare poi con fulgidissima luce; bagnarvi un pezzo di carne e sentire poi questa dura come porcellana; accostare la fiamma ad una capsula con aria liquida e osservare la fiamma diventare neve a contatto delle freddis-

sime pareti! Per la scienza, in iutto questo non

v'e nulla di inesplicabile e di sorprendente: liquefare Faria, se e cosa piu difficile, non e pero affatto piii meravigliosa che liquefare il vapore

acqueo, poiche le stesse leggi governano gli stessi fenomeni. Solo cbe per il vapor acqueo basta ab-

bassarne la temperatura sotto i 100° C., alFordi-

naria pressione atmosferica, per vederlo liquido,

mentre, per far passare il gas aria allo stato li¬ quido, bisogna, sotto Fordinaria pressione atmo¬

sferica, raffreddarlo nientemeno che a 190° sotto zero. V'e dunque una differenza di 100° -f- 190° =

= 290 gradi centigradi fra la temperatura alia quale, sotto la pressione atmosferica diventa li¬ quida Facqua e quella a cui diventa liquida Faria!

Tutta la grande diffieolta consiste appunto nell'ot-

tenere queste bassissime temperature. Se per una ragione qualunque — per es., vagando nel campo

di ipotesi inverosimili, perche il sole si raffreddasse improvvisamente o perche la terra de- viasse dalla sua orbita, allontanandosi dal sole — la temperatura scendesse sul nostro globo sotto i —190°, Fatmosfera si liqueferebbe sponta-

INTRODUZIOXE 5

neamente e diventerebbe un oceano di aria liquida, alto forse una dozzina di metri. In queste condizioni potrebbe trovarsi Taria sul pianeta Nettuno, sul quale, per la sua immensa

distanza dal sole, non giunge piii che della

luce e del calore che giungono a noi. Questo, nei primordi della Chimica, inluiva

poco piii d'un secolo fa il genio del Lavoisier, il quale scriveva nella sua opera a Vues gene-

rales sar la formation et la constitution de Vatmo¬ sphere de la terre „ ((Euvres, II, 805): " Si la terre se trouvait tout-a-eoup placee dans des regions

tres froides, par exemple, de Jupiter et de Sa- turne, Teau qui forme aujourd'hui nos fleuves et

nos mers, et probablement le plus grand nombre des liquides que nous connaissons, se transfor-

meraient en montagnes solides et en rochers tres durs. L'air, dans cette supposition, ou au

moins une partie des substances aeriformes qui

le composent, cesserait sans doute d'exister dans Tetat de fluide invisible, faute d'un degre de

chaleur suffisant: il reviendrait done a Tetat de liquidite, et ce changement produirait de nou- veaux liquides, dont nous n'avons aucune idee

* * *

E le esperienze strabilianti che si possono fare coll'aria liquida, sono spiegate dai fisici — e

6 LA LIQUEFAZIOXE DEI GAS E DELL'ARIA

lo vedremo meglio in seguito — in modo semplicissimo. Esse non hanno rivelato quasi nulla di nuovo e si potevano prevedere, tenendo conto

deU'enorme abbassamento di temperatura. Se agli occhi del pubblico tali esperienze appaiono rneravigliose, e solo perche sono errati i concetti

che comunemente si hanno sulla temperatura e sul calore, e solo perche si crede che tra il caldo e il freddo esista — quale barriera — lo zero del termometro! Chi dicesse che il ghiaccio e caldo,

avrebbe forse la soddisfazione di vedersi ridere in viso, eppure avrebbe enunciato un fatto in- discutibilmente vero! Esso e circa 2*00 volte piii

caldo rispetto all'aria liquida che non sia I'acqua bollente rispetto al ghiaccio. Chi sostenesse che

I'acqua pub bollire a zero gradi e che certi liquidi bollono al di sotto di zero, e magari molto

al di sotto di zero, probabilmente non sarebbe creduto, perche il concetto d'ebullizione per molti

si accompagna erroneamenteal concetto di un'alta temperatura. Le idee, attinte dalF esperienza quotidiana, male interpretate, fanno apparire sor-

prendenti ed inesplicabili fenomeni scientifici, che nelie stesse idee, interpretate invece scientificamente, trovano la piii semplice spiegazione.

Ma, per giungere a questo, sara necessario premettere allo studio della liquefazione dei gas uno studio sommario sulla costituzione della materia e sulla teoria mepcanica del calore.

CAPO I.

I tre stati d'aggregazione dei corpi.

1° Stati fisici dei corpi. — 2° Definizione dello stato d'un corpo. — 3° Limite d'ingrandimento nei microscopii. — 4° Dimensioni delle molecole. — 5° I due infiniti. — 6° Necessita deU'ipotesi molecolare. — 7° Necessita dell' ipotesi atomica. — 8° Ampli- ficazione imaginaria del mondo delle molecole e degli atomi. — 9° Analogia coi sistemi stellari. — 10° L'e- tere cosmico. — 11° Sua costituzione e suo ufficio. 12° La meccanica neiruniverso.

§ 1. — I/esperienza quotidiana ci mostra i

corpi sotto tre stati diversi: lo stato solido, lo

stato liquido, lo stato aeriforme o gazoso. II

primo e caratterizzato da una resistenza piii o meno grande presentata dal corpo al cambia-

mento di forma; il secondo dalla scorrevolezza delle particelle ehe lo eostituiscono, per cui con

grandissima facilita il corpo assume subito qualunque forma; il terzo dalla sua tendenza ad

occupare il maggior spazio che abbia disponi- bile. Un pezzetto di ferro, di cui la forma non

cangia che sotto I'azione di opportune forze mec-

8 LA LIQUEFAZIONE DEI GAS E DELL?ARIA

caniche, I'acqua, che pub prendere qualsiasi forma solo che la si versi in un dato recipiente, il vapore che sfugge dalla pentola in cui hacqua bolle, e che si espande nelF atmosfera, sono dei tre stati tre facili e comunissimi esempi, fra i tanti che si potrebbero citare. Non si passa per salti da uno stato all'altro, ma, da un liquido eminentemente scorrevole, come, per es., e I'etere,

si va per gradi fine alia trementina, alia glicerina, agli sciroppi, al miele, dai quali si passa gradatamente ai solidi attraverso la pece, il ca- trame, la ceralacca, ecc. Cosi una distinzione assolutamente netta e precisa tra lo stato liquido e lo stato aeriforme non e possibile, perche al momento in cui un gas si liquefa esso non e piu completamente aeriforme e non ancor tutto liquido,

ma un miscuglio omogeneo dei due stati. Per poco

che le condizioni in cui si trova, variino, la de- cisione avviene e il corpo e liquido od aeriforme. Questo, per esempio, si osserva molto bene al-

lorche si liquefa Tanidride carbonica. Vi e dunque una certa continuity fra i tre stati dei corpi.

Yedremo dopo come i fisici spieghino questi

tre modi di essere della materia. Per adesso do- mandiamoci se un corpo possa assumere i tre

stati, o se ogni corpo possa invece trovarsi solo in uno di essi, senza mai presentarsi sotto gli altri due. Alia prima domanda risponde subito Tesperienza d'ogni giorno, perche noi conosciamo

I THE STATI D'AtiGREGAZIONE DEI C'ORPI 9

I'acqua allo stato soli do nel ghiaccio e nella neve, come la eonosciamo allo stato liquido, ed allo stato aeriforme. Dunque, per lo meno una sostanza fra tutte, Taequa, ei e nota sotto i tre

stati. Quello die avviene per Tacqua avviene per tutti i corpi. Tutti i corpi possono assumere, se non di fatto, virtualmente, i tre stati, e, se

noi non riusciamo a rendere ciaseuno di essi solido, liquido o gazoso, e solo perche incontriamo delle difficolta materiali piii o meno grandi, ov-

vero perche il calore, prima di giungere a liquefare ed a vaporizzare la sostanza, la scompone

nei suoi element! costitutivi, come avviene per es. per il legno.

Per tutti gli altri corpi, i progress! compiuti dalla scienza nel secolo teste finito, hanno mano a mano superate tutte le difficolta: cosi e stato

solidificato Talcool, sono stati resi pastosi ed

anche solidi Pidrogeno e Paria. Come questo sia stato possibile lo vedremo piii avanti, essendo

appunto nostro proposito di renderci conto, teori- camente prima, praticamente poi, del modo come si sia giunti a liquefare e solidificare corpi ere-

duti per lo innanzi refrattari alia liquefazione ed alia solidificazione.

§ 2. — Vediamo prima come si possa definire

lo stato di un corpo. Esso dipende intanto, per

quello die abbiamo detto, dalla sua temperatura, cioe, per dirla scientificamente, e funzione della

10 LA LIQUEFAZIONE DEI GAS E DELL'ARIA

temperatura. Volendo ricorrere ad im simbolo usato nella matematica, potremo dunque scrivere

semplicemente:

stato d'un corpo = f (£)

che si legge: funzione della temperatura. Ma e solo dipendente dalla temperatura lo

stato d'un corpo? Alcune semplici esperienze ci persuaderanno

che esso dipende anche da un altro fattore, e

precisamente dalla pressione sotto cui il corpo si trova, e che quindi e anche funzione della pressione.

E noto, per es., che mentre Tacqua a livello del mare bolle a 100° CM in montagna bolle a temperatura piii bassa, p. es. sul Monte Bianco,

a 4775 m., bolle a 84°. Sotto la campana della macchina pneumatica, fatta la massima rarefazione, Tacqua bolle, cioe si converte gorgogliando in vapore, ad una temperatura, di poco superiore ai 0°, e nella pentola di Papin e nelle caldaie delle macchine a vapore, dove il vapore, non avendo sfogo, esercita una forte pressione sul- Facqua, questa bolle a temperatura superiore a 100°: per es. a 180° nelle caldaie delle loco¬ motive, nelle quali la pressione del vapore e per lo piu di 10 atmosfere. Pertanto, limitando le nostre considerazioni all'acqua, questa puo essere non piii liquida, ma allo stato di vapore, a 0°,

I THE STATI D'AGGREGAZIONE DEI CORPI 11

nel vuoto pneumatico, mentre pub essere ancora

liquida a circa 200° entro le caldaie delle macchine a vapore. Altrettanto si pub dire per gli altri corpi; per es. Tanidride carbonica, il cosi detto acido carbonico, si pub ridurre liquida a + 13° C.,

esercitando su di essa una pressione di circa 49 atmosfere. Invece, se e a temperatura piu

alta, per es. a 31° C., occorre per liquefarla una

pressione di 73 atmosfere, cioe a tale tempera¬ tura, sotto la pressione di 49 atmosfere, e ancora

aeriforme. Anche nel passaggio dallo stato solido allo

stato liquido e viceversa la pressione esercita la sua influenza, come prima previde G. Thomson in base alia teoria meccanica del calore e come

dipoi dimostrarono sperimentalmente il Bunsen,

Lord Kelvin, il Mousson, il Battelli. La solidi-

ficazione, se il corpo — come avviene di regola — diventando solido diminuisce di volume, deve

essere favorita da un aumento di pressione: cosi, per es., secondo che trovb Bunsen, la paraffina, la quale sotto la pressione normale di una at-

mosfera solidifica a 46°,3, diventa solida a 49°,9 sotto la pressione di 100 atmosfere. In altri ter¬ mini la paraffina a 48°, per es., pub essere so¬

lida o liquida, solida se e sotto la pressione di 100 atmosfere, liquida nelle condizioni ordinarie.

Avviene naturalmente il rovescio, se la solidificazione e accompagnata da aumento di volume,


come si verifica in poelii corpi, acqua, ghisa, ecc. Un aumento di pressione, opponendosi airau-

mento di volume, deve ritardare la solidificazione, onde questa dovra avvenire a temperatura piu bassa.. Secondo W. Thomson, per ogni atmosfera d'aumento nella pressione, il punto di solidificazione dell' acqua si abbassa di 0o,0074.

L'acqua, dunque, che a 0° diventa ghiaccio sotto

rordinaria pressione, e ancora liquida sotto piii forte pressione. Lo dimostrano, tra le altre, le

esperienze fatte da Edward William a Quebec nel gennaio del 1875. Egli espose, in una notte freddissima, all'aperto bombe di ferro, piene

d'acqua e chiuse ermeticamente con un tappo di

ferro. Per parecchie volte egli vide il tappo pro- iettato a distanza, ed un candelotto di ghiaccio

uscire dal foro. Poiche l'acqua non poteva espandersi, non poteva congelare, sicche rimase liquida

a temperatura molto inferiore a zero. Alfine riusci a cacciare il tappo, ed allora il getto liquido, passato ad un tratto da una pressione di qualche centinaio d'atmosfere a quelle d'una sola atmosfera, solidifico istantaneamente.

Lo stato d'un corpo dipende dunque anche dalla pressione cui e sottoposto, perche alia stessa temperatura, sotto convenienti pressioni,

puo aversi in diversi stati. Concludendo, lo stato in cui si trova una data

massa di un corpo dipende dalla temperatura

I THE STATI D'AGGREGAZIONE DEI CORPI IS

t e dalla pressione p, onde potremo dire che e funzione del la temperatura e della pressione:

f o 0-

Noi non ci occuperemo che del passaggio d'un corpo dallo stato aeriforme allo stato liquide (liquefazione) e del passaggio inverso dallo state liquido allo stato aeriforme (vaporizzazione). Ma prima e necessario farsi un'idea della costituzione fisica della materia, penetrando un pochino

addentro nel mondo infinitamente piccolo degli atomi e delle molecole.

La costituzione delta materia.

§ 3. — II microscopio ha svelato alFuomo un mondo meraviglioso che per la sua piccolezza gli era prima completamente ignoto. Esso gli ha mostrato le cellule dei tessuti animali e ve- getali, e gli ha insegnato il segreto della lore

vita; gli ha mostrato i vibrioni pullulanti nelle acque putride, e i bacteri terribili e benefici; gli ha mostrato la fine e delicata tessitura delle

ali delle farfalle, e la struttura intima delle roccie, e lo ha fatto assistere al meraviglioso

lavoro architettonico della formazione dei cristalli. Ma pur troppo in questa grande conquista scientifica d'un mondo ignoto, Tuomo si e trovato di fronte ad una barriera insormontabile, ed ha


oramai toccati i limiti oltre i quali rocchio suo indagatore non potra mai spingersi. I calcoli deirHelmholtz dimostrano infatti che, per quanto

si aumenti il potere d' ingrandimento del microscopio, non sara mai possibile discernere lun-

ghezze minori di ^ ^ di millimetro colla luce

bianca, o al piii di di millimetro, se si os-

serva Toggetto nelbacqua, limite imposto dalla lungbezza delle onde luminose. Ora, poiche i migliori microscopi di Hartnack danno un ingran¬

dimento nitido di circa 1 di millimetro,. siamo ool o ben poco lontani, come si vede, dal raggiungere il massimo ingrandimento teorico, previsto dal

ealeolo. § 4. — E noto, e dovremo piii a lungo par-

larne in seguito, che la materia si suppone formata di particellepiccolissimeche sono lemolecole,

le quali, a lor volta, risultano costituite daH'ag- gruppamento di parti ancora piii piccole, che si dicono atomi. Gli atomi rappresenterebbero Tul- timo limite delle divisibility e il loro nome si- gnifica appunto indivisibili. Potremo mai discer¬

nere colF ingrandimento microscopico le molecole e gli atomi? No, perche le loro dimension! sono

di molto, ma di molto inferiori ad * n di mil- 4848

limetro. Se gli ingegnosi calcoli del Meyer sono attendibili, le molecole avrebbero dimensioni mi-

I TRE STATI D'AGGREGAZIONE DEI CORPI 15

nori del milionesimo di millimetro, sarebbero cioe deirordine del decimillesimo di micron (1), mentre I'ultimo limite di grandezza lineare, vi-

sibile al microscopic, e di di mm. cioe:

p 0,21. Pertanto, quando si fosse ottenuto questo,

che e il maggiore ingrandimento possibile, biso-

gnerebbe che la moleeola acquistasse un diametro qualche migliaia di volte maggiore per renders! visibile!

Noi danque non potremo mai sperare di spin-

gere lo sguardo fino al mondo ultramicroscopico degli atomi e delle molecole e questo abisso del-

rinfinitamente piccolo ci rimarra sempre ignoto, come probabilmente saranno sempre ignoti per noi gli spazi sterminati dei cieli.

Ne solo: ma noi nemmeno possiamo giungere a formarei un'idea delFestrema piccolezza degli

atomi e delle molecole e degli intervalli che li se- parano. E si badi che il limite di grandezza del

decimillesimo di micron da noi scelto, in base ai calcoli del Meyer, e forse ancora troppo grande, perche, secondo il Cauchy, le dimensioni delle molecole sarebbero ancora minori, cioe dell'ordine del centomillesimo di micron. Conviene ricorrere ad esempi per acquistare almeno una idea approssimativa di un mondo cosi lontano dai nostri sensi grossolani.

(1) II micron (|u) e il millesimo di millimetro.


Un centimetro cubo di aria contiene circa una ventina di quintilioni di molecole, e bisognerebbe percio, volendole indicare con un numero, far seguire a 20 ben 18 zeri!

Una goccia d'acqua, conterrebbe, secondo i calcoli del Cauchy, un centinaio di settilioni di molecole, rappresentate pertanto dal numero

100.000.000.000.000.000.000.000.000

e dovrebbe diventare grande come la nostra Terra,

perche queste molecole apparissero grosse come ciliege! Per fare un milligrammo di idrogeno

occorrono ben 144 trilioni di molecole e 10 trilioni per fare un milligrammo d'aria !

Ancora un esempio. In base a quanto abbiamo detto un pallone di vetro di 18 cm. di diametro

conterrebbe alia pressione normale circa 1 set- tilione di molecole. Se la pressione si fa discen- dere per mezzo d'una pompa pneumatica ad un milionesimo d'atmosfera, cio che oggi e facilis- simo, il numero delle molecole si riduce ad un quintilione, e nel pallone c'e, secondo le espres-

sioni comunemente usate, un eccellente vuoto, un vuoto spinto ad un grado altissimo !

Queste cifre, questi esempi potranno essere accolti da alcuni con incredulita, e realmente non sono forse troppo prossimi al vero, rappresentando piuttosto un limite superiore delle grandezze molecolari, e quindi un limite inferiore del

I TEE STATI D'AGGEEGAZIONE DEI COEPI 17

numero delle raolecole. II che vuol dire, in altre parole, essere le molecole anche piii pieeole e pereio piii numerose. Noi non possiamo qui nem-

meno aceennare ai metodi indiretti, con cui il Losckmidt (1865), il William Thomson (1870), il Maxvell (1873), il Meyer (1877), il Wander

Waals (1877) giiinsero; per vie diverse, a questi risultati, concordanti tra loro in modo molto soddisfacente. Ove s'arresta la potenza del mi-

croscopio, arriva, e molto piii in la, partendo da sicuri dati sperimentali, attraverso logiche e

sagaci deduzioni, la mente indagatrice dello scienziato!

§ 5. — Se sono cosi piccolo le dimensioni delle molecole, quali saranno quelle de' loro com-

ponenti, degli atomi ? Si rifletta che essi sono parti della molecola, che raramente questa e formata d'un atomo solo, come nel mercurio, nello

zinco e forse nell'argon, che una molecola ha per lo piii un discrete numero di atomi, perfino

una cinquantina come in certi alcaloidi, perfino quasi tremila come neU'emocianina, e che queste ultime indivisibili particelle della materia non sono a contatto, ma che una certa distanza,

maggiore delle loro dimensioni, li separa entro il ristrettissimo ambito della molecola ! La mente si perde in queste considerazioni, e hon

giunge neppure approssimativamente a immagi- nare tanta piccolezza di dimensioni, troppo lon-

Alippi e Comaxducci, La liqufifazione. ecc. 2

18 LA LIQUEFAZIONE DEI GAS E DELL'AHIA

tane da quelle che e abituata a considerare. Come noi non sappiamo formarci un concetto delle di-

stanze straordinariamente grandi dei soli nello spazio, distanze che ascendono a miliardi e mi-

liardi di chilometri, distanze che la luce impiega decine, centinaia e forse migliaia d'anni a vali- care, pur percorrendo 800.000 km. al minuto secondo, — ne delle dimension! di questi immensi

corpi celesti, —cosi non sappiamo formarci un'idea del mondo degli atomi e delle molecole il quale, per rispetto alia grandezza, si pub dire agli an- tipodi delkuniverso dei pianeti e dei soli! Pei

nostri sensi questo e troppo esageratamente grande, quello e troppo esageratamente piccolo;

Tuno non pub essere da noi compreso, Paltro non

pub essere analizzato; giganti rispetto al secondo,

siamo pigmei rispetto al primo, onde entrambi

ci sfuggono nel loro infinito! § 6. — Ma e proprio necessario ammettere che

i corpi sieno costituiti di molecole e queste di atomi P Non potrebbe la materia essere continua, ovvero queste minime particelle non potrebbero essere a contatto? Per poco che si rifletta, si com-

prende Fimpossibilita di tale ipotesi. Sappiamo che al variare della temperatura varia il volume dei corpi, aumentando in generale coll' aumentare di quella, e diminuendo in generale quando questa diminuisce. Evidentemente non potrebbe diminuire il volume dei corpi, se entro essi non vi

I TEE STATI D'AGGKEGAZIONE DEI CORPI 19

fossero vuoti, i quali permettessero alle molecole di vieppiu avvicinarsi. Ma non solo il cambiamento

di temperatura, fa variare il volume, perche anche mescolando semplicemente due liquidi pub aversi

una notevole contrazione. Se in una provetta della capacita di 100 cm3 versiamo 48 cm3

d'acqua e 52 di aleool, la provetta non si riem-

pie; ma il liquido cosi ottenuto misura soltanto 96 cm3: cib dimostra che le molecole dell'acqua e dell'aleool, meseolandosi, si sono avvieinate

cosi da diminuire di eioe di ^ lo spazio

vuoto che rimaneva tra esse. Pub pensarsi perb

che a qualche temperatura non esistano vuoti di nessun genere tra le molecole e gli atomi, e che vi sia fra essi assoluto contatto: il corpo avrebbe allora il minimo volume possibile e non potrebbe

piii oltre contrarsi: a questo dubbio, che si presenta subito alia mente, risponderemo in seguito.

Ma, se per questa prima e semplice conside-

razione, e necessario ammettere la costituzione molecolare dei corpi, non si comprende per ora come sia altrettanto necessario ammettere che

le molecole risultino di particelle piu piccole, cioe di atomi. Veramente Pipotesi delle molecole pub bastare per la spiegazione d'ogni fenomeno fisico: non basta piii perb quando si vogliano

spiegare i fenomeni chimici. E noto che i corpi si distinguono in composti e indecomposti, detti

ancora semplici, ma con minore esattezza, non

20 LA LIQUEFAZIOXE DEI GAS E DELL'AKIA

potendo noi essere sicari che prima o poi la scienza non riesca a decomporre anehe questi. Ora la molecola d'un corpo composto, frazione infinitesima di esso, sarapuressacomposta; seper- tanto Tanalisi rivela che una data sostanza e formata, p. es., di carbonic, di ossigeno, di idrogeno, la molecola di questa dovra contenere particelle di carbonio, di ossigeno, di •idrogeno, cioe atomi d'ognuna di queste sostanze. Si pub obbiettare

che le molecole dei corpi semplici potranno es¬ sere monoatomiche, cioe al tempo stesso atomi e molecole. Ci limiteremo ad esporre una sola delle ragioni, per cui questo non e, se non in po- chissimi corpi.

§ 7. — La legge di Avogadro e Ampere, stabilisce che volumi eguali di gasy semplici o composti, nelle identiche condizioni di temperatnra

e di pressione, contengono lo stesso numero di mole¬ cole. Questo principio e ammesso in modo non dubbio, non potendosi altrimenti spiegare la maniera di comportarsi dei gas; per es. perche si

dilatino tutti egualmente per eguali aumenti di temperatura della loro unita di volume. Ora Tespe-

rienza insegna che un litro di cloro, combinandosi con un litro di idrogeno, da due litri di gas

acido cloridrico: dunque n molecole di cloro ed n molecole di idrogeno danno origine a due volte n molecole di acido cloridrico: e percib 1 molecola di idrogeno e 1 molecola di cloro

I TRE STATI DAGGREGAZIONE DEI CORPI 21

formano due molecole di acido cloridrico ed una

molecola di acido cloridrico dovra quindi con-

tenere mezza molecola di idrogeno e mezza mo¬ lecola di cloro. Ne segue die, tanto la molecola deiridrogeno, come quella del cloro, dovranno

essere formate di almeno due atomi. Ma Fidro-

geno ed il cloro, in qualunque composto entrino, non si dividono mai in piii di due atomi, percio le loro molecole saranno biatomiche. Su per giii, eccetto qualehe diversita nel numero, si pub dire

altrettanto di tutti i corpi semplici. Se i corpi risultano composti di molecole,

queste dunque risultano a loro volta formate da

particelle, ehe nessuna forza fisica o chimica, al¬ meno fino ad oggi, pub dividere, cioe da atomi. Sulle dimensioni, sulla forma degli atomi, sulla probabile loro costituzione, noi non entreremo,

perche dovremmo avventurarci in ipot^si piii o meno ardite, e perche usciremmo daH'argomento ehe ci siamo proposti di trattare.

Vogliamo piuttosto occuparci un pochino piii diffusamente della costituzione dei gas e cercare di rappresentarcela chiara alia mente, ricorrendo

ad una supposizione inverosimile ma opportuna.

§ 8. — Poiche nessun microscopio potra mai farci vedere atomi e molecole, imaginiamo d' in-

gigantire col pensiero questo mondo straordinariamente piccolo, ingrandendolo, per esempio, 10 milioni di volte. Con tale rappresentazione

22 LA LIQUEFAZIOXE LEI GAS E LELL?ARIA

materiale di cose troppo lontane dai nostri sensi, riuscira piii facile coniprendere come i gas sieno

costituiti. Le molecole che, secondo quanto abbiamo detto, hanno probabilmente dimensioni deH'ordine del decimillesimo di micron, acquiste-

ranno agli occhi della nostra fantasia dimen¬ sioni deH'ordine del millimetro. Infatti:

n 0,0001 X 10.000.000 = |U lOOO = mm. 1.

Per es. la moleeola deir anidride carbonica, alia quale applicheremo, per fissare le idee, le nostre considerazioni, avendo secondo i calcoli del Meyer, un diametro approssimato di ju 0,00014,

potremo figararcela come una pallina di un mil¬ limetro e mezzo di diametro. Ma queste molecole non sono a contatto, anzi nei gas sono im-

mensamente distanti rispetto alle loro dimensioni, tanto lontane che le loro reciproche distanze, sup- posta normale la pressione e la temperatura a 0°,

non sono delhordine del decimillesimo di micron,

come i diametri moleeolari, ma presso a poco

del decimo di micron. Per es. per Tanidride carbonica, a 0° ed alia pressione normale, la distanza tra le molecole puo valutarsi a un decimo e

mezzo di micron. Amplifichiamo questa distanza 10 milioni di volte e avremo:

M 0,15 X 10.000.000 = ju 1.500.000 = mm. 1500.

I TEE STATI D'AGGREGAZIONE DEI CORPI 23

Volendo conservar© dunque, ingrandendole, le

stesse proporzioni tra le grandezze e le distanze.

le nostre palline di un millimetro e mezzo di diametro dovrebbero essere lontane un metro e mezzo! Perche la rappresentazione di questo piccolo mondo sia completa dobbiamo figurarci

queste palline non immobili, ma scagliate in tutte le possibili direzioni con enormi velocita.

La velocita media delle molecole fu misurata,

e lo vedremo meglio in seguito, in base ad una formula stabilita da Kronig e Clausius, e fu trovata, a 0° e alia pressione normale, di m. 392 al

minuto secondo per Tanidride carbonica. Dovremo

naturalmente ingigantire anche questa velocita, e considerarla, nel nostro esempio, non di 392 m. al secondo, ma di

m. 392 X 10.000.000 = m. 3.920.000.000 = km. 3.920.000.

Queste nostre palline potranno pero realmente

percorrere in un minuto secondo questo smisu- rato tragitto, quasi 4 milioni di kilometri, se la loro distanza e di un metro e mezzo ap-

pena? Nemmeno a pensarlo. Si capisce senza

difficolta che appena una avra percorso un'infi-

nitesima frazione della sua corsa sfrenata, urtera in un'altra, cbe la respingera in una diversa di-

rezione, nella quale pure, dopo percorso un tratto

infinitamente piccolo, urtera in un'altra, e cosi via. Insomma, queste nostre palline saranno

24 LA LIQUEFAZIOXE DEI GAS E DELL*ARIA

proiettili animati da velocita prodigiose, solcanti lo spazio in tutte le direzioni, urtantisi in tutti i sensi bilioni di volte al minuto secondo. Sempre

secondo i ealeoli del Meyer, la molecola dell'a- nidride earbonica, colla sua velocita di 392 m. al minuto secondo, non riesce a percorrere che p 0,068 prima di scontrarsi con altre, cioe nem-

^0>068 1 • j n x i.i. i meno - 3g2 — 6 0q0 000 000 circa della tratta die

percorrerebbe, se fosse sola, e libera padrona dello spazio! E subisce in un minuto secondo

quasi sei bilioni di collisioni! Le palline del

nostro esempio amplificatore, le quali farebbero da sole quasi quattro milioni di chilometri al

minuto secondo, non percorrerebbero prima del- I'urto che una settantina di centimetri!

Di quale genere sono questi urti? 0 le due

mulecole, precipitandosi Tuna sull'altra con una

velocita immensamente grande rispetto alle loro

dimensioni, giungono fino a toccarsi e rimbal- zano come due corpi elastici qualunque, ovvero si comportano, e questo e piii probabile, come

due astri nelUnfinita dello spazio, o piii precisamente, una qualunque di esse si comporta, ri¬ spetto ad un'altra, come la cometa che dagli abissi del cielo, seguendo un' orbita iperbolica, viene a cadere sul sole.

Possiamo per un momento abbandonare il vol- gare paragone delle palline, solo destinato a

rendere piii facilmente accessibile alia nostra

I THE STATI D AGGREGAZIONE DEI CORPI 25

mente il mondo misterioso delle molecole e degli atomi, per trarre lume da altri fenomeni, che si svolgono in un'altra cerchia, tanto sterminata questa, quanto minima e quella. DalF infinitamente piccolo passiamo airinfinitamente grande, da un mondo per cui il micron e una misura gi- gantesca, ad un mondo per cui e piccola misura rimmenso cammino che la luce colla sua velocita sterminata percorre in un anno; dal mondo a

noi ignoto per la sua piccolezza, all'altro che non

possiamo abbracciare per la sua vastita! § 9. — Nell' immensita dello spazio una massa

caotica, una futura cometa si muove lentamente in linea retta: sente I'azione d'un sole, del nostro sole, per esempio, e la sua orbita devia gradatamente dalla retta, mentre la velocita aumenta

perche I'astro, nel cui dominio e caduto, Tattira con forza continua e crescente a mano a mano che ad esso si avvicina. L'energia di posizione della

cometa scemadimomento in momento, ma d'altrettanto cresce la sua energia cinetica o forza viva,

fino a diventar massima quando quella diventa minima, quando cioe passa alia minima distanza dal sole, o, come si dice, al perielio. Poiche in tal caso la cometa ha una massa trascurabile

rispetto a quella grandissima del sole, questo non si muove sensibilmente incontro a lei, ma

lei precipita con prodigiosa velocita sul sole senza pero toccarlo. II moto rapidissimo curvi-

26 LA LTQUEFAZIONE DEI GAS E DELL'ARIA

lineo sviluppa la forza centrifuga cbe equilibra Tattrazione solare, onde la com eta si mantiene sopra una curva ehe piega piu o meno a seconda deirattrazione solare ed a seconda della forza viva

della cometa. II calcolo insegna che questa curva puo essere un cerchio, un'ellisse, una parabola

e finalmente un' iperbole, cioe una curva aperta

di cui i due rami non si riuniscono piu nemmeno alFinfmito. Una cometa die percorresse un'or-

bita iperbolica, dopo toccato il perielio, seguendo Taltro ramo della curva si allontanerebbe dal sole con cammino simmetrico a quello percorso nell'andare, subendo diminuzioni di velocita sim-

metriche agli aumenti subiti, quando cadeva verso il sole. Cosi riuscirebbe alfine a liberarsi dall'attrazione di questo, ed a riprendere, forse dopo qualche centinaia di secoli e dopo aver percorso un cammino equivalente a chissa quanti miliardi di volte la distanza della terra dal sole, il suo

cammino rettilineo ed uniforme, che conserve-

rebbe finche un altro sole non la chiamasse colla forza misteriosa e possente delF attrazione ad

immergersi nei suoi fuochi. Questo caso, che noi abbiamo considerate, sembra puramente teorico,

perche nessuna cometa, di quelle almeno che girano attorno al nostro sole, segue un'orbita iperbolica, ma parabolica od elittica. Comunque pero ci serve di esempio per comprendere quanto avviene, invece che tragli astri, tra le molecole;

I TKE STATI D'AGOEEGAZIONE DEI CORPI 27

quasi die fosse piii facile alia nosira mente af-

ferrare Y innnensamente grande piuttosto che rimmensamente piccolo.

Una moleeola, dunque, probabilmente, non si comporta rispetto ad un'altra in modo diverso

da una cometa che percorresse un'orbita iper-

bolica rispetto al sole, colla dilferenza pero che

tra, molecole omogenee non v' e disparita, ma eguaglianza di masse. L'una e I'altra dunque si

muoveranno incontro presso a poco con eguale velocita finche Tuna non girera attorno aH'altra,

raggiungendo in quelTistante la velocita massima. Come le comete dal sole, esse poi si allontane- ranno e finiranno per riprendere dopo un tempo

che pub valutarsi a qualche bilionesimo di secondo, invece che a qualche centinaio di secoli, il loro moto rettilineo ed uniforme. Per poco pero, che nella brevissima fuga vertiginosa la moleeola si avvicina ad un'altra ed un nuovo urto avviene,

ed una nuova deviazione, sicche di nuovo si allontana per perdersi nel mare magnum delle sue sorelle, ed incontrare nuovi urti, nuove per-

turbazioni, senza posa, senza tregua ! Chi crede- rebbe a tale immane tumulto nell' aria quieta di una stanza!

L'analogia tra i due sistemi, delle molecole e degli astri, appare dunque in questa ipotesi, grandissima, ed i sistemi molecolari sarebbero para-

gonabili ai sistemi stellari e planetaii, solo che

28 LA LIQUEFAZIONE DEI GAS E DELL*ARIA

airineoncepibile vastita di questi fosse sostituita rineoncepibile piceolezza di quelli. Tutto induce a credere pero ehe Tattrazione tra le molecole non segua la legge deirattrazione newtoniana, ehe si esercita tra gli astri, cioe ehe non sia in ragione inversa dei quadrati delle distanze.

Dalle nostre considerazioni risulta ehe una molecola non pub mantenere costante la sua veloeita, come non pub mantenerla tale una cometa ehe cada su una stella, pereib viene assunta come velocita media delta molecola quella ehe pos-

siede tra due collisioni, allorche si muove in linea

retta e di moto uniforme, quando cioe sieno ces-

sati i rallentamenti dovuti alia passata eollisione e non siano ancora eomineiati gli aumenti di ve¬ locita ehe produrra la eollisione futura. Per Fani-

dride earbonica, per es., la velocita media della molecola e, come abbiamo detto, m. 392 al se-

condo. § 10. — Tutto questo perb vale solo pei gas,

dove le molecole sono quasi del tutto indipendenti fra loro, immensamente lontane e dotate di ra- pidissimi moti progressivi. Nei liquidi esse hanno assai minor liberta di movimenti e minore ancora nei solidi; in quelli possono spostarsi le une ri-

spetto alle altre, ma non hanno moti progres¬ sivi; in questi sono assolutamente sistemate e tutta la loro energia si riduce a semplici moti vibrator! di varia natura, piii o meno rapidi a

I TRE STATI D'AGGREGAZIOXE DEI CORPI 29

seconda die piu o meno elevata e la temperatura del eorpo. In qualunque dei tre casi pero esse non sono a contatto. Ma, se non si toccano, come si puo trasmettere attraverso una serie di molecole il moto vibratorio ? Che si trasmetta non c' e

dubbio, perche il calore, che e soltanto energia vibrante delle molecole, si propaga benissimo, come tutti sanno, per es. attraverso una sbarra di ferro. Questo e il piii semplice e il piii comune fatto che si possa citare, per provare che tra le molecole debba esservi un quid atto a tras¬ mettere dalhuna alhaltra i moti vibratori, ma

nessun altro fenomeno fisico potrebbe piii spiegarsi, se ammettessimo che fra le molecole dei corpi esistesse il vuoto assoluto, inteso nel piii

rigoroso senso della parola, per modo che ogni molecola fosse assolutamente isolata dalle altre. E per passare, come prima, dai sistemi delle mo¬ lecole ai sistemi dei soli, la nostra mente si tro-

verebbe neirimpossibilita assoluta di spiegare come dal sole, per esempio, possano giungerci luce, calore, azioni elettriche o magnetiche, senza

un mezzo di trasmissione di quelhenergia vibrante che e luce, calore, elettricita, magnetismo.

La materia vibra nelle sue particelle infinitesime e le sue vibrazioni sono pei nostri sensi la vita deU'imiverso, che sarebbe altrimenti freddo, morto, immerso in notte profonda; ma queste

vibrazioni debbono pure in qualche modo tras-


mettersi nei minimi intervalli molecolari, e nelle

infinite distanze stellari, come le vibrazioni d'una corda o d'una piastra si trasmettono neiraria e pel nostro orecchio costituiscono il suono.

La scienza ammette dunque che dove non c'e la materia, esista qualche cosa, come materia

infinitamente attenuata, che riempia gli spazii intermolecolari ed intersiderali, mi fluido sotti- lissimo, elasticissimo, leggerissimo, atto a com- piere quelle rapidissime vibrazioni che, solo di¬ verse pel loro numero e per la loro forma, pur

costituiscono pei nostri sensi le diverse energie fisiche. Questo fluido imponderabile e stato detto etere cosmico: esso e il Deux ex machina di tutti i fenomeni fisici. Ammesso che tutta la materia

deiruniverso sia immersa — diremmo — in un gran bagno di questo etere cosmico, tutto, o

quasi tutto, risulta spiegato, e nessunaltra ipotesi si rende necessaria, prestandosi questa sola

all'interpretazione dei fenomeni naturali piii diversi, la scarica elettrica e Tarcobaleno, I'irradiazione del calore e la propagazione delle onde

elettriche, che costituisce il moderno miracolo della telegrafia senza fili.

§11. — Come sarebbe costituito questo etere cosmico P Esso sarebbe formato di atomi infinita¬ mente piccoli, molto piii piccoli degli atomi dei

corpi, e questi atomi eterei sarebbero tra loro molto piiivicini di quello chenonsieno le molecole.

I THE STATI P'AGGREUAZIONE DEI CORPI 31

Secondo i calcoli fatti dal Cauehy, in base ad osservazioni di Arago, le distanze degli atomi eterei

sarebbero deirordine del millesimo di micron, mentre le distanze molecolari sono, come sappiamo, delFordine del decimo di micron, cioe

cento volte piii grandi. Noi non possiamo asse- gnare una grande fiducia a questi valori, perche ottenuti per via troppo indiretta, ma dobbiamo contentarci di considerarli come valori probabili,

ed ammetterli in via provvisoria, piii die per altro per fissare le idee. Ricorriamo anche per Yetere cosmico al nostro ipotetico ingrandimento di 10 milioni di volte e ammettiamo col Cauchy die la distanza tra gli atomi eterei sia di p 0,003. Avremo:

p 0,003 X 10.000.000 = M 80.000 = mm. 30.

Nel nostro paragone i minutissimi atomi eterei sarebbero percib lontani una trentina di centi-

metri, mentre le grosse molecole, di poco piii die un millimetro e mezzo di diametro, disterebbero,

come abbiamo trovato, un metro e mezzo circa. Una polvere, diremo cosi, di atomi eterei in¬

volve e circonda adunque le molecole e questa polvere si muove, si agita, freme al passare in

essa di quelle ondulazioni, die costituiscono le diverse energie fisiche. Noi, per materializzare ancor meglio Y esempio, vogliamo paragonarla al pulviscolo atmosferico, die danza, come polvere


d'oro, nel raggio di sole, segnando il cammino del la luce entro una camera oscura. Imaginiamo in questa polvere grossi pallini di piombo vi-

branti qua e la a distanze di un metro e mezzo circa, e questi, rappresentandoci le molecole, com-

pleteranno il grossolano esempio, il quale pub servirci per imaginare alia meglio, cib ehe si svolge nel mondo ignoto deirinfinitamente pic¬

colo. In questo mondo la quiete non esiste; vibrano le molecole compiendo centinaia di trilioni di vibrazioni al secondo, fluttua Tetere cosmico

percorso in ogni senso da onde di maggiore o di minor lunghezza, che si incontrano, si sovrap-

pongono, si confondono, si rinforzano, si elidono, come le onde che, mosse dal vento e da altre

cause, si increspano sulla superficie del mare !

Sono le minime onde delFultravioletto, le dimensioni delle quali raggiungono pochi decimi di micron (quattro al piii) e percib eguagliano

presso a poco gli intervalli moleeolari nei gas e superano di mille volte i diametri delle mole¬ cole, onde invisibili aH'occhio nostro, e cosi ra-

pide che se ne compiono in ragione di mille trilioni circa al minuto secondo — sono le onde luminose, piii grandi e meno rapide, e via via

crescenti e via via meno fitte; dal violetto al rosso attraverso la gamma dei sette colori new- toniani, onde luminose di cui le lunghezze vanno da quattro decimi di micron a circa otto decimi

I TRE STATI D'AGGREGAZIONE DEI CORPI 33

di micron, mentre il loro numero scende da circa 800 trilioni a circa 400 trilioni al secondo —

sono le onde di calore oscuro piu grandi, iBno ad una sessantina di micron, e piu lente fino a compiersi in ragione di una sessantina di trilioni di vibrazioni al secondo — sono altre onde piii grandi ancora e ancora piii lente, a noi ignote

a tutt'oggi, le quali percorrono probabilmente Tetere cosmico abbracciando un gran numero di molecole e costituendo forse qualche forma di energia che e ancora sconosciuta alia scienza — sono finalmente le gigantesche onde elettriche

di cui le lunghezze si misurano a millimetri, a centimetri, a metri!

§ 12. — Nel nostro esempio, enormemente amplificatore, di dianzi, in cui le molecole sono

palline di un millimetro e mezzo di diametro, lontane un metro e mezzo, in cui Fetere cosmico e formato di una minutissima polvere i cui grani distanounatrentina di centimetri, le onde ultravio- lette sarebbero in essa increspature di un metro a quattro metri di lunghezza, le onde luminose da quattro metri a circa otto metri, le onde di ca¬ lore oscuro dovremmo figurarcele come vaste ondulazioni lungbe fino a mezzo cbilometro, le onde elettriche da 40 mila a 130 mila chilometri! Con questo esempio e facile comprendere la rela-

zione di grandezza tra le molecole dei corpi e le

ondulazioni che passano nelFetore cosmico, in cui

Auppi f, CoMANiHK.'oi, La Uquefazione, ecc. S

34 LA LIQUEFAZIONE DEI GAS E DELL ARIA

esse sono immerse, e come queste ondulazioni possano modifieare i moti moleeolari o magari esse da questi rimanere modificate, o scindere le molecole negli atomi che le costituiscono. Tra

le molecole materiali e gli atomi vibranti del- Fetere che le circonda, deve dunque esservi nei diversi casi scambio d'energia, e deve esercitarsi

una reciproca influenza, analogamente a cio che avviene alia superficie del mare, sulla quale le onde muovono i galleggianti o passano libera-

mente tra essi, o sono intercettate, a seconda delle rispettive dimension! delFonda e delFostacolo.

Nelle sue linee piii generali questo e Fabbozzo, lo schema delFunica ipotesi che spiega tutti i fenomeni fisici, i quali si riducono cosi alia sem-

plice dinamica di vibrazioni piii o meno rapide, di onde piii o meno lunghe, di una forma piut-

tosto che di un'altra, orientate in un piano piut- tostoche in un altro o, come e il caso piu fre- quente, in tutti i piani possibili, onde che — lo ripetiamo — s'increspano, si sovrappongono, si sommano, si elidono in quel gran mare ipotetico che e Fetere cosmico. Pero se questa e la chiave di volta del moderno edificio scientifico, piantato su basi salde e sicure, troppo manca ancora alia scienza per ammirarlo complete in tutte le sue parti.

Le leggi di questa grandiosa meccanica non ci sono tutte note; le relazioni tra la materia

I TEE STATI I/AGUKEGAZIONE DEI CORPI

ônderabile ed imponderabile debbono ancora in

*raii parte scoprirsi; come le proprieta dei corpi lipendano dal peso atomico, o magari dalla sem-

nlice distribuzione degli atomi nella molecola non o sappiamo, ne sappiamo nulla sulla forma e sulla •ostituzione degli atomi e delle molecole. Sono,

jdi atomi, sferici o d'altra forma, duri e indefor- mabili, semplici e indivisibili, o a lor volta sono aggregati di partieelle pin elementari, sottoatomi o monadi, tutti formati di un unico elemento fondamentale? Dobbiamo ammettere con William Thomson che gli atomi non siano altro che por- zioni di etere cosmico animate da rapidi moti vorticosi, sicche tutta la materia sarebbe una e

nient'altro die etere cosmico condensate in ra- pidissimi vortici? Ce lo dira, speriamo, la scienza

delTavvenire. Per ora possiamo affermare questo: che fuori di noi non esistono che atomi, riuniti a formare le molecole, le quali si aggregano co-

stituendo i tre stati: solido, liquido, aeriforme — che questi atomi e queste molecole sono in

movimento e che tra essi, come tra i mondi dello spazio celeste, de Tetere cosmico, il quale di questi moti e il grande veicolo. Se poi il movi¬ mento dell'etere cosmico e delle molecole materiali fiammeggia nei colori dell'iride, o impres-

siona il nostro tatto come un freddo intenso o come un calore insopportabile, o commuove tutte le nostre fibre colla scossa elcttrica che uccide,

36 LA LlqUEFAZIOXE DEI GAS E DELL'AKIA

questo non riguarda piu affatto la materia ed j movimenti die la investono e la travestpno, nui i nostri sensi, i nostri nervi, il nostro cervello il nostro io.

A1 di fuori di noi non v'e die Teterno ed infa-

ticato rimuoversi della materia inanimata, e luce, ealore, suono, sono parole vuote di senso. Come

tali, essi non cominciano ad esistere die dove finisce negli organi relativi del nostro corpo il nervo specifico: ma in quel punto cessa il dominie della fisiea e comincia quello della fisiologia. Forse creature di altri mondi diversamente da noi

percepiscono le vibrazioni della materia, forse un'altra o piu estesa e la gamma dei loro colori, forse altri sensi possiedono, atti alia percezione di ondulazioni a noi ignote, forse diversa dalla nostra e la loro vita, perche il loro essere si trova in diversa relazione colla materia die le circonda.

Se un giorno dovesse diventare realta il sogno piii ardito della mente umana, la comunicazione inter- planetaria, noi troveremmo molta difficolta ad

intenderci coi nostri fratelli d'altri mondi, anche ammesso die sieno esseri del nostro tipo e piii

o meno perfetti, die — a parte la diversita del linguaggio — essi avrebbero probabilmente del mondo una diversa percezione e in diversi limiti contenuta, e probabilmente i nostri fisici coi fisici extraterrestri si accorderebbero soltanto, almeno

nei primi tempi, sulla parte matematica e mec-

I TRE STATI D'AGGEEGAZIONE DEI CORPI 37

eanica della scienza e dovrebbero smettere di

parlar di luce, di ealore, di suono, di scosse elet- trieke, per trattare soltanto di materia e di moto.

Ma siamo andati troppo oltre eolla fantasia, mentre il nostro scopo era soltanto quell o di far intendere come qualunque fenomeno fisico, per

quanto strano e sorprendente, sia un puro e semplice fenomeno meccanico della materia ponde- rabile e delketere cosmico.

In ogni modo si comprendera bene da questo momento — scendendo da considerazioni generali ad un caso particolare, che e quello il quale sopratutto c'interessa pel nostro studio — come il caldo, il freddo non abbiano alcun si- gnificato scientifico, e come fra essi non vi sia quella differenza che il volgo s'immagina, corri- spondendo essi soltanto ad un piu o meno rapido moto delle molecole vibranti.

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CAPO II.

Gas reali e gas perfetto.

1° Proprieta dei corpi, dovute allo stato d'aggregazione delle molecole. — 2° Necessita di studiare un gas ideale, invece dei gas xeali. — 3° Legge di Boyle e di Mariotte. — 4° Formole di Kronig e Clausius. — h0 Zero assoluto e temperatura assoluta. — 6° Legge dello stato gazoso. — 7° Termometro a gas. — 8° Uso del termometro a gas e suoi pregi. — 9° Coppie termo-elettriclie. — 10° Formola del Yan-der-Waals. — 11° Gas reali e gas perfetto. — 120Recenti esperienze sulla legge di Boyle.

§ 1.— Fino a questo momento ci siamo occupati in modo speciale dei gas e tutte le nostre considerazioni sulle molecole, sulle loro distanze, sui loro

movimenti le abbiamo riferite sopratutto ad un solo stato d'aggregazione, lo stato aeriforme. Nei liquidi, come dicemmo, le molecole sono molto

piii vicine, e percio molto meno libere nei loro

movimenti, die si riducono a semplici sposta- menti reciproci. Per acquistare un'idea deiravvi- cinamento die subiscono le molecole nei passaggio dallo stato aeriforme allo stato liquido, riflet-

GAS BEALI E GAS PERFETTO 39

tiamo die un centimetre cube cTacqua, diventando a 100° vapore saturo acquista un volume circa 1700 volte maggiore, occupando cosi il vo¬ lume di 1700 centimetri cubi, non molto minore insomnia di due litri. Poiche il numero delle molecole e rimasto quello, le loro distanze debbono essere immensamente aumentate, ed in corrispondenza la coesione molecolare, die nei liquidi e sufficiente per farli raccogliere in piccole goccie sferiche, deve esser diventata minima. Essa pero non basfca a far si die il liquido mantenga una forma propria, fissa, costante.

Mobili come sono, le molecole si dispongono

nel modo die permette il recipiente in cui il li¬ quido si trova, tanta e la reciproca scorrevolezza. Nello stato solido ancbe questa manca e le mo¬ lecole sono tanto vicine che una forza grand is- sima le tiene avvinte, sicche occorrono forze ri-

levanti per staccarle. Un filo di acciaio di 1 mm2

di sezione pud sopportare, senza rompersi, piu di 75 Kg. di peso: per vincere dunque la coe¬ sione tra le molecole affacciate nelle due parti di eosi piccola sezione e necessaria una forza

rilevantissima. L'esperienza insegna che quando una sbarra di ferro, dope essere stata riscaldata, si raffredda di 100°, esercita una trazione equi-

valente a 2500 Kg. per ogni cm2 di sezione. La spiegazione di questi due soli esempi, da noi citati, e facile: nei solidi le molecole hanno per-

40 LA LIQUEFAZIOXE DEI GAS E DELLJARIA

duto ogni liberta e non fanno piu che oscillare attorno a punti fissi, onde possono manifestarsi le immense forze moleeolari, die spiegano, tra le altre eose, la durezza del diamante e la tenaeita del cuoio. Molte proprieta fisiche dei corpi sono

dunque dovute solo alia vieinanza delle moleeole e variano colla loro distanza e colla loro energia di vibrazione; cosi, oltre la durezza e la tenaeita,

il peso speeifico, il colore, il calore specifico, la

dilatazione termica, le proprieta magnetiche ed elettriehe. Infatti e noto che T elasticity, la te¬ nacity, la durezza variano per uno stesso corpo a seconda delle operazioni di raffreddamento e di

risealdamento die ha subito — e noto che il peso specifico diminuisce in generale colhaumen- tare della temperatura, perche le moleeole si

allontanano, e che insieme diminuisce la conduci- bilita pel calore, mentre aumenta di solito col di-

minuire della temperatura. Cosi collo stato d aggregazione, o meglio col

modo d' aggregazione delle moleeole varia il

colore del corpo; per es. Fioduro di mercurio da rosso diventa giallo per aumento della tem¬

peratura : eolle azioni meccaniche variano mol- tissimo le propriety magnetiche ed elettriehe: per es.: una calamita riscaldata perde il magne-

tismo, e i metalli, raffreddati fino alle piii basse temperature che oggi si sanno produrre, perdono quasi ogni resistenza al passaggio della corrente

GAS REALI E GAS PERFETTO 41

elettrica. Noi non possiamo — per non useire d'argomento — diflfonderei piu oltre su queste cose, dette solo per stabilire che moltissime proprieta fisiche dei corpi non dipendono che dalla loro aggregazione molecolare. Allontanando le

molecole, esse debbono diminuire e scomparire e le proprieta dei diversi corpi debbono tendere ad eguagliarsi. Cosi le sostanze allo stato aeriforme sono quasi tutte incolore, eccetto il cloro, il bromo, lo iodio che piii che gas sono vapori; cosi tutti gli aeriformi si dilatano presso a poco della stessa quantita per eguali aumenti di temperatura, e pei veri gas e quasi lo stesso il calore specifico. Si comprende, come quanto piii un

aeriforme sia vicino allo stato di liquefazione, tanto piii debba scostarsi da queste proprieta generali comuni, perche tanto piii le sue molecole

risentono della relativa loro vicinanza, e come invece tanto piii ad esse proprieta si avvicini quanto piii sia lontano dallo stato di liquido, quanto piii si approssimi insomnia alia perfezione di gas. Ecco nascere spontaneo il concetto di gas

perfetto, che imagino il Regnault nel 1847 per applicarvi quelle leggi della dilatazione termica, alle quali fu condotto dalle sue classiche espe-

rienze.

§ 2. — Un gas perfetto sarebbe un gas nel quale piii non si facessero sentire le forze molecolari, ed in cui le molecole non fossero piii che sempliei


punti materiali, prive cioe d'ogni volume. Si comprende subito come il gas perfetto non abbia ne possa avere esistenza fisica; perche, per quanto le sue molecole siano piccole, un volume debbono averlo, e non possono non attrarsi fra loro, essendo I'attrazione la proprieta generale della materia. Ma questa astrazione scientifica e di somma utilita, perche permette di stabilire le leggi che un gas ideale rigorosamente seguirebbe. Se i gas che

conosciamo si discostano piu o meno da queste, queste non ne sono infirmate, essendo le deviazioni prodotte da altre cause, di cui dobbiamo tener conto. Insomma, noi troviamo le condizioni

meccaniche, cui dovrebbero soddisfare punti ma¬ teriali percorrenti in tutti i sensi lo spazio con date velocita; e fissiamo in certo qual modo la

linea diritta del fenomeno; se Tandamento di un corpo aeriforme si scosta da questa linea, qualche causa interverra a modificarla, e, se cio avverra, come avviene infatti, per tutti gli aeriformi,

le cause saranno probabilmente le stesse e si potra studiarle a parte. Cosi il problema complesso resta scisso in problemi piu semplici, che possono essere trattati isolatamente. Questo pro-

cedimento e nella scienza d'un'importanza grandissima. II grande Keplero detto le leggi che regolano il moto dei corpi celesti in base alle osservazioni astronomiche di Ticone Brahe, e in base alle proprie, leggi che ebbero la suprema


sanzione del calcolo e deirosservazione;ma nessun

corpo celeste le segue rigorosamente, perche le attrazioni reciproche determinano reciproche per- turbazioni. Limitandosi, per es., al nostro sistema

solare, perche le tre leggi di Keplero si verificas- sero rigorosamente bisognerebbe che il sole at- traesse i pianeti e questi il sole, ma che fra loro

non si attraessero, e che non vi fosse attrazione fra essi e le vagabonde comete. Fortunatamente queste deviazioni dalle tre grandi leggi, se hanno permesso nel 1846 al Leverrier di trovare col

calcolo il pianeta Nettuno, in base alle perturba- zioni da esso prodotte su Urano, non erano tali da nascondere alia mente indagatrice del Ke¬

plero, circa due secoli prima, cio che e scritto nel codice deirUniverso!

§ 3. — Consideriamo dunque il modo di comportarsi d'un gas perfetto.

Supponiamo che una certa massa di gas per¬ fetto sia contenuta entro un parallelepipedo chiuso in fondo da una parete fissa e superiormente da

una parete mobile, quale potrebbe essere, per es., il fondo d'uno stantuffo. Le molecole del gas, lan-

ciate in tutti i sensi colla stessa velocita, che potremo supporre eguale alia velocita media delle velocita delle singole molecole, esereiteranno un vero e proprio bombardamento sulle pareti e questo bombardamento costituira la pressione del gas. Ora, saiêbbe assurdo supporre che una unita


di superficie delle pareti ricevesse piii urti di un'altra, cioe che sopportasse una pressione maggiore. Infatti, essendo immense il numero delle

moleeole, attraverso un piano ideale che tagli la massa del gas, supposto in quiete, ne passe-

ranno nello stesso tempo tante in un senso quante nelhaltro.

Supponiamo di abbassare lo stantuffo di meta della sua corsa, per modo che il volume si ri- duca a meta: evidentemente il numero degli urti che la stessa unita di superficie ricevera nello

stesso tempo di prima diventera doppio, e doppia diventera la pressione. Se il volume si ridurra poi ad un terzo del primitivo, il numero degli urti diventera triplo e tripla la pressione e cosi

via di seguito. Onde la pressione di una data massa di gas sard in ragione inversa del suo volume.

Cosi, se P e Pf sono le pressioni che competono ai volumi V e F', si avra:

P: P' = V : V o anche

p'x f = p x y,

che esprime la nota legge di Boyle e di Ma- riotte. Essa dice: per una stessa massa di gas,

purche non vari* la temperatura, il prodotto di un dato volume per la pressione che esercita e eguale al prodotto d'un altro suo volume per la

pressione relativa; ovvero in altre parole: per una


stessa massa di gas il prodotto del volume per la pressione e costante, quando rimanga costante la temperatura:

a) P V — costante.

§ 4. — Quale e il valore di questa costante?

Si dimostra in meccanica, e Tesperienza lo con-

ferma, die Teffetto prodotto da una massa in movimento, sia essa grande o piccola, sia un

treno ferroviario ad esempio, o una palla di fu-

cile, dipende dal semiprodotto della massa pel quadrato della veloeita di cui e animata, cioe da

m v2

Questa quantita, la quale misura dunque il

lavoro die, arrestandosi, pub produrre un corpo in moto, e detta forza viva.

Tali considerazioni potranno evidentemente ap- plicarsi anche alle molecole, piccole masse spinte

a grandissime veloeita, onde la costante die cerdiiamo dipendera evidentemente dalla forza

viva con cui ogni molecola colpisce la parete, e questa forza viva a sua Volta dipendera dalla

massa p d'ogni molecola e dal quadrato della sua veloeita, come dalla forza viva d'una palla da

cannone dipende I'effetto die pub produrre sulle mura d'una fortezza. Ora, poiche tutte le mole-

cole non lianno, come sappiamo, la stessa velo-


cita, indichiamo con u2 il quadrato medio dei qua¬

drat! delle velocita moleeolari. Allora la pressione che ogni molecola produrra sara misurata da

2

e, se M e la massa complessiva delle molecole, la pressione, che il gas esercitera su tutte le sei

pareti del parallelepipedo, sara espressa da:

Mjt2

2

Se imaginiamo questa pressione scomposta in

tre altre, agenti secondo i tre assi ortogonali xx\ yyf 0£r; il valore in ogni direzione di questa

1 . Mil1

pressione sara di —, non essendovi alcuna

ragione perche sia maggiore in un senso che in

un altro, cio che e del resto provato dalla esperienza. Ed in ciascuna direzione sara il doppio

del termine . * , perche colla stessa forza

le due faccie opposte tendono ad allontanarsi dal centro. Sicche, infine, avremo per valore della costante:

M u? 1 ^ 0 Jf w2

2 ^ ¥ * "T~

e la formola a) potra scriversi


Essa, trovata da Kronig e Clausius, e la formula fondamentale della teoria moleeolare dei gas,

perche compendia le leggi piii important! che li governano. Risulta da detta formula che il pro-

dotto della pressione del volume d'una data massa gazosa M e costante, purche non varii u2

cioe il quadrato medio dei quadrati delle velocita molecolari. Ma, poiche la velocita delle molecole,

cioe la loro energia di movimento, la loro forza viva non e altro che la temperatura del corpo, cosi si pub concludere che il prodotto della pres¬ sione pel volume d'una data massa di gas e costante, purche non cambi la temperatura.

E chiaro che la formula di Kronig e Clausius

permettera di calcolare la media velocita delle molecole d'un gas, per una determinata tempe¬ ratura e per una determinata pressione. Infatti dalla (1) si ricava:

(2>

Cosi si pote stabilire la velocita delle molecole

deiranidride carbonica, che abbiamo poco fa citata, di 392 m. al Is alia temperatura di 0° e sotto la pressione di un'atmosfera, e queste altre che seguono:

perTidrogeno (II) vel. media delle molecole m. 1843 al I8

per I'ossigeno (0) „ „ „ 461 , per I'azoto (Az.) „ r „ 492 „ Per 1'aria „ n „ 485 , per Fan. carb. (CO*) T „ , 392 ,

48 LA LIQUEFAZIONE DEI GAS E DELL'AMA

§ 5. — A quale temperatura questa velocita sara zero? Accurate esperienze, fatte dal Rudberg, dal

Regnault e dal Magnus, hanno dimostrato die i gas lontani dalla loro liquefazione, cioe prossimi

al gas perfetto, si dilatano di ^3 del loro vo¬

lume per ogni grado di aumento della loro tem¬ peratura, Chiamiamo con a questo coefficiente

comune 2^) di dilatazione dei gas: avremo

allora die un volume, a 0° eguale alF unita, diventera, per Taumento di 1° nella temperatura, 1 + a; per raumento di 2 gradi 1 -j- 2a; e in

generale per Taumento di t0 eguale ad 1 -f- ut. E, se il volume a 0° invece die eguale ad 1, e eguale a Fo, cioe V0 volte piu grande, il nuovo volume

a t0, sara evidentemente VQ piu grande, cioe:

Vt = Fo X (1 + « t).

Allora nella formula (2) della velocita, potremo porre il volume F, in funzione del volume a zero gradi, cioe espresso per mezzo di F0; e scrivere pertanto :

li=jrpvAi^t), ] M

Affinche u sia zero deve essere eguale a 0° il numeratore della frazione sotto il segno di ra-

dice, e, poiche in questo non puo essere eguale


a zero ne la pressione, ne il volume a zero gradi, eosi dovra essere:

cioe

e quindi

ed essendo a =

273

da cui si ha t = — 273.

Pertanto a 273° sotto lo zero del termometro eentigrado si avrebbe u = 0, cioe le molecole sarebbero assolutamente immobili: ogni energia termica sarebbe a tale temperatura assolutamente scomparsa dai corpi. Questo sarebbe dunque il

vero freddo, e non il nostro zero convenzionale del ghiaecio che fonde! II ghiaceio che fonde e dunque caldo, avendo una temperatura di ben 273 gradi al disopra del vero zero, dello zero assoluto, come lo si chiama nella scienza! Che im- porta se pei nostri sensi fallaci la neve e fredda? In base ad essi non e stabilita ne mai si potrebbe stabilire la vera scala delle temperature. La tem-

Alippi e Comanducci, La Uquefazione, ecc. 4

(1 -f- a t) = 0

1 = — a t

a


peratura di 0°, che per noi abitanti delle regioni temperate e freddissima, e invece una mite temperatura per Tabitante delle regioni polari! E dunque un gravissimo errore supporre che i nostri

freddi corrispondano ad una vera e propria man- canza di calore, e sarebbe forse piu esatto chia-

mare studio delta forza viva molecolare quella parte della Fisica che oggi si chiama Calore. Studiati gli effetti che derivano nei corpi da queste variazioni di energia molecolare, cioe la dilatazione o il ristringimento di essi, il loro cambiamento di stato, le applicazioni che ne de¬ rivano, ecc. eec., si potrebbe aggiungere che una temperatura di 278° 10° cioe 283° corrisponde

a quello che diciamo tepido; che la tempera¬ tura d'ebullizione dell' acqua e pel nostro organismo intollerabile, che il fuoco ci scotta perche produce una trasformazione e una distruzione nei nostri tessuti, e che, per converso, la tempera¬

tura della neve, e una temperatura inferiore e per noi il freddo e pud produrre disturbi e malattie al nostro organismo. Potrebbe insomma svolgersi tutta la termologia senza mai adoperare la parola calore, fuori che al momento in cui tale energia fisica venisse studiata in relazione col nostro organismo.

In omaggio a queste idee, di una rigorosa precisione scientifica, da questo momento conteremo spesso le temperature dal vero zero, cioe dallo zero

GAS EEALI E GAS PERFETTO 51

assoluto, aggiungendo alle temperature contate,

come di solito si fa, il numero 273, se esse sono al disopra di zero gradi eentigradi, sottraendole da 273, se esse sono al disotto dello zero centigrado. Cosi, per es., invece di dire -j- 16° €., diremo 273° -f-16 = 289° assoluti; invece di dire — 30° C., diremo 273 — 30 = 243° assoluti. Queste temperature, misurate in modo razionale, si ehia-

mano temperature assolute. Viene fatto di domandarsi quale realta fisica

corrisponda a questo zero assoluto, a questa morte

della materia, come disse poeticamente TAndrews, quando le molecole inerti non hanno piii ombra d'energia.

§ 6. — Bisogna ricordare F ipotesi fatta in principio; cioe che il gas di cui ci occupavamo fosse un gas perfetto, in cui le molecole, prive di qualsiasi volume, non fossero che semplici punti materiali, fra i quali nemmeno si verificasse la grande legge delFattrazione universale. Soltanto in questo caso ideale, come abbiamo visto, var-

rebbe a rigore la formula:

P V — Pf V = costante (1)

da noi trovata e soltanto in questo caso varrebbe esattamente Faltra:

r,= V0 (1 -f- a t) (2)


stabilita nel 1802 dal Gay-Lussac. Compendia- mole in una sola, die sintetizzi il gas perfetto.

Supponiamo una eerta massa di gas nelle condizioni normali, cioe a 0° e sotto la pressione

di 1 atmosfera, pari a quella di 76 cm. di mercurio e sia V0 il suo volume. Quale sara il suo volume se lo si porta sotto la pressione P, mantenendolo alia temperatura di 0° ? Ce lo dice la legge di Boyle espressa dalla (1):

Fo : Fop = P: 76

donde:

V — F —. v Op — v 0 p

Questo volume VQv portiamolo ora alia tempera¬ tura di £0, mantenendo invariata la pressione P sotto cui si trova. Avremo, applicando la (2):

VPt = Fo^(l + O0

da cui si ricava:

VptP = Po 76 (1 + a*)

die si pub scrivere, moltiplicando e dividendo il 2° membro per a:

VptP= Fo 76 a (-£-+*)■

GAS KEALI E GAS PERFETTO 53

Ma Vq 76 a, essendo un prodotto di costanti, puo

porsi eguale ad una unica costante i?, e —\- t e

eguale a 1 : —^ ^ = 273 + ^ cio® alla tem"

peratura contata a partire dallo zero assoluto, temperatura cheindicheremo semplicemente conT.

Onde infine:

Vpt P = BT

laquale, liberata dagliindici pt, con cui abbiamo accompagnata V, per fissare le idee durante il

calcolo, si puo scrivere cosi:

VP=R T

ehe e Vequazione caratteristica dei gas perfetti. In essa sono raccolte le due seguenti leggi:

1° Se una data massa gazosa & mantenuta a volume V costante, la sua pressione P e proporzionale alla temperatura assoluta T;

2° Se una data massa gazosa b mantenuta sotto una pressione costante P, ed b quindi libera d}espandersi, il suo volume Y e proporzionale alla

temperatura assoluta T. Pertanto un gas perfetto sarebbe Fideale di

corpo termometrico: infatti per ogni aumento di 1° nella sua temperatura si avrebbe un au¬

mento costante, nel suo volume o nella sua pres¬

sione; onde, misurando questo aumento, sarebbe subito calcolata la temperatura.

54 LA LIQUEFAZIONE DEI GAS E DELL'AIUA

§ 7. — L'aria e T idrogeno non sono gasperfetti, ma, poiche si comportano approssimativamente come tali, potranno benissimo servire per la eostru-

zione di termometri. Un termometro ad aria consta essen-

zialmente (v. figura) d'un bulbo sferico o cilindrico L, per lo piu di porcellana refrattaria, saldato ad un sottile cannello, piegato due volte ad angolo retto e terminante con un tubo piii largo cui e fissato un lungo e robusto tubo di gomma, che finisce in un altro

tubo di vetro B. Tanto il palloncino che il tubo B sono solidali con due corsoi H, H scor-

revoli lungo una Fig. 1.

scala graduata in centimetri e miJlimetri, e muniti di viti colle quali possono fissarsi a qualunque altezza. Entro


il tubo di gomma v'e mercurio. Yediamo come con questo semplice apparecchio possano determinarsi le temperature. In base a quanto dicemmo nel § precedente si potrebbe mantenere costante la pressione, lasciando che Faria interna si di-

latasse liberamente, e avendo cura che non cam- biasse la pressione che su di essa esercita il mercurio, cio che si otterrebbe girando opportunamente la chiavetta per fare uscire il mercurio eccedente e mantenere in tal modo costante la differenza tra il livello del liquido nei due rami.

Ma si pub anche invece mantenere costante il volume del gas, che varia colla temperatura, aumentando o diminuendo la pressione che il mer¬ curio esercita sul gas stesso, cio che si ottiene facilmente spostando opportunamente il corsoio Hf

finche il livello del mercurio sia sempre ridotto a toccare una puntina di smalto saldata nelFin- terno del ramo A comunicante col palloncino. Le due canne di vetro, come mostra la figura, sono addossate ad un regolo MM, il quale porta una scala incisa sulla faccia posteriore d'una lastra da specchi, che riflette F imagine della canna ed il menisco del mercurio. Con questa disposizione si evita il cosi detto errore di parallasse, ba-

stando tener Focchio in modo che la divisione della scala si trovi sulla visuale che passa per la sommita del menisco e della sua imagine ri-

flessa. Non e'e cosi il rischio di riferire il menisco


del mercurio ad una divisione della scala troppo alta o troppo bassa.

II termometro ad aria e anehe provveduto d'una chiavetta R situata tra il recipiente L e il tubo di gomma. Questa chiavetta, ehe, come di-

cemmo, sarebbe indispensabile se si volesse misurare la temperatura non in base alle variazioni di pressione, ma in base alle variazioni di

volume (se ne vede la sezione nella figura a parte), permette di aggiungere nuovo mercurio

o di estrarre quello eccedente. Ecco ora il modo di usare Fistrumento. Si

comincia col portare a zero il serbatoio L contenente il gas, aria o idrogeno o azoto che fun- ziona da sostanza termometrica, circondandolo di ghiaccio in fusione, e si porta, manovrando

opportunamente i corsoi, il livello del mercurio nel ramo chiuso a contatto colla punta di smalto. La pressione P0, sotto cui si trova allora il gas termometrico, sara data dalla diffe-

ferenza di livello del mercurio nei due rami, piu Faltezza barometrica.

Si voglia ora determinare la temperatura assoluta T d'un liquido, che supporremo non sia a 0°. S'immerge in esso il bulbo, e, quando si

pub supporre che ne abbia assunta la tempera¬ tura, si solleva o si abbassa il tubo in modo da riportare il menisco del mercurio nel ramo chiuso a contatto della punta. Allora il dislivello del


mercurio non sara piu quello di prima, ma minore o maggiore: sommandolo alFaltezza barometrica si avra la pressione ix che ha il gas termometrico alia temperatura del eorpo su cui si esperimenta. Come in base a questi due dati, pub determinarsi la temperatura cereata? II modo e molto facile.

§ 8. — Abbiamo detto che Fequazione caratteristica dei gas perfetti e:

VP=E T.

Nella determinazione della temperatura, teste fatta col termometro ad aria, dovremo appliearla due volte, avendo misurato due diverse pressioni, P0 e PT, d'una stessa massa gazosa

sotto lo stesso volume, F, a due temperature di¬ verse, Tuna di zero gradi, cioe di 273° assoluti, Taltra di gradi assoluti T. Pertanto:

per la la lettura VP= R T diventa FPo==i2X278 (1) „ 2a a VP=RT „ VPr =RT (2)

dair(l) e (2) divise membro a membro si ha:

VPQ 273 R VP, ~ TR

cioe, semplificando :

Po 273


e, ricavando T

T = 273 ^ -M)

ehe da la temperatura T quando si conoscano PT e P0.

L'uso del termometro ad aria non e, come si vede, eosi semplice e cosi spedito come quello del termometro a liquidi, quindi, non pub servire a scopi pratici, ma a scopi puramente scientifici, pei quali esso e davvero prezioso. Infatti, mentre nei termometri a liquidi la dilatazione del vetro, che e poi diversa da un vetro ad un altro, ha sensibile influenza sulle indicazioni delle tempe¬

rature, nel termometro a gas questa influenza e addirittura trascurabile, perche i gas si dilatano assai piii dell'involucro che li racchiude. Inoltre, mentre la dilatazione dell'alcool e del mercurio e irregolare, quello dei gas di piu dif¬ ficile liquefazione e, come abbiamo detto, rego- larissima. Vogliamo riportare alcuni risultati delle esperienze di comparazione tra un termometro ad aria ed alcuni termometri a mercurio, costruiti

con diverse qualita di vetro, eseguite dal Re- gnault.

Termom. Termometro a mercurio ad aria cristallo vetro bianco vetro verde 1000 diff. + 0,00 + 0,00 —j— 0,00 150° + 0,40 — 0,20 ■+ 0,30 200° + 1,25 — 0,30 + 0,15 2500 + 3,00 + 0,05 + 1,85 300° + 5,72 + 1,08 + 3,50 350° + 10,50 + 4,00 —

GAS BEALI E GAS PERFETTO 59

Come si vede, la differenza pub salire fino a piii di 10° quando la temperatura saiga a 350° e gli errori sono diversissimi a seconda delle qualita dei vetri. Mentre dunque i termometri

a liquidi non sono tra loro concordi, specialmente al disopra di 100°, sono sempre tali i termometri ad aria. Si pub anzi aggiungere che

i termometri a gas, anche se contenenti gas diversi, presentano lievissime dififerenze, come appare dal seguente speechietto, tratto dai risultati delle esperienze di alta precision© eseguite a Sevres, neirufficio internazionale di pesi e misure, dal Chappuis:

Term, ad idrogeno ad azoto ad anidr. carb. — 150 diff. — 0,016 diff. — 0,094 O" 0° 0°

+ 50° + 0,009 ' + 0,059 + 75° + 0,011 + 0,038 -■f" ioo 0 0

Le difFerenze sono, come si vede, minime, tut- tavia nelle misure di assoluta precision© non

sono trascurabili e non si pub lasciare arbitraria la seal a del termometro a gas. Si e dunque fatta

una scelta del gas da adottarsi, del suo modo di dilatazione, delle sue condizioni iniziali. II

termometro normale, fissato dalFCfficio interna¬ zionale di pesi e misure, e il termometro a idro¬ geno, a volume costante e riempito di tale gas

sotto la pressione di 100 cm. di mercurio, alia

temperatura di 0°.


Ma un altro pregio grandissimo ha il termometro ad aria, e di particolare interesse per lo studio che ora noi faeciamo. I termometri a li¬ quid! non possono servire che per un tratto ben limitato nella scala della temperatura. A 78° Talcool bolle, a 357° bolle il mercurio, ma gia assai prima di giungere a questi limiti, essi non

possono piii adoperarsi quali sostanze termome- triche, stante Y irregolarita della loro dilatazione, irregolarita che si fa piu grande in vicinanza del punto d'ebullizione. Per le alte temperature,

dunque, e indicatissimo il termometro ad aria, o meglio ad azoto, perche questo gas non esercita azione ossidante. Altrettanto si dica per le basse temperature. Gia per i freddi delle regioni polari non pub adoperarsi il termometro a mer¬

curio, perche questo gela a — 40°, e bisogna ricorrere al termometro ad alcool, gelando questo liquido a — 130°.

Perb le temperature che si sono potute produrre in questi ultimi anni colla liquefazione dei gas, sono piii di 100° inferiori a questa pur bas-

sissima temperatura. Onde bisognera ricorrere anche in questo caso al termometro a gas. Po- tremo adoperare Taria finche questa non si ri- duca liquida; poi, per scendere ancora, dovremo ricorrere alb idrogeno, che sotto Pordinaria pressione si liquefa a — 238°. E per scendere an¬ cora piii sotto? per misurare, per es. la tempe-


ratura a cui I'idrogeno e I'elio bollono nel vuoto pneumatico o solidificano? Ed e poi sempre ado- perabile il termometro ad aria? Noivedremo piii

avanti come nelle esperienze di liquefazione dei gas non si sia sempre potuto, a causa di di- sposizioni sperimentali, adoperare il termometro ad aria; per esempio, perche era impossibile immergere nel liquido ottenuto, spesso in poca quantita e in condizioni molto instabili, la bolla del termometro.

§ 9. — Per la misura pertanto delle bassissime temperature si adoperano quasi sempre gli aghi o le pinzette termoelettriche. Bisogna qui

aprire una piccola parentesi. Se si scalda una saldatura di due metalli differenti, per es. di una lastrina di rame e una di bismuto, si produce tra i due me¬ talli un dislivello elettrico, cioe & si origina un flusso di elettricita ehe va da un metallo alFaltro. Per constatare questa corrente, basta unire ai due metalli un filo conduttore

ed inserire in esso un galvanometro: si vede deviarne Tago quando si scalda la giuntura

della coppia. Questa e una coppia termoelettrica. In generale Tintensita della corrente aumenta

colla temperatura, lino ad un certo limite, e poi diminuisce con questa.


Si comprende facilmente come si possa in base a questo effetto termoelettrieo misurare la tem-

peratura; purche siasi prima costruita una scala, che per ogni deviazione deH'ago del galvano-

metro dia la temperatura corrispondente. La coppia che si usa a questo scopo e formata di due sottili fili di metallo, scelti in modo che possano reggere senza alterazione chimica e fisica alle temperature che si debbono esplorare. II Wroblewski, per es., volendo determinare la

temperatura di alcuni gas liquefatti, si servi d'una coppia di rame e argentone. Si attorci- gliano strettamente i due fili insieme, si saldano ad un estremo, si introduce poi ciascuno in un cannello di poreellana che lo isola dalFaltro, e si uniscono i due capi ai morsetti d'un galvanometro. Per graduare o calibrare la coppia, la si porta a temperature conosciute e si notano le deviazioni che corrispondono al galvanometro.

Si traccia poi il diagramma dei risultati cosi ottenuti, rappresentando su di una retta (asse delle ascisse) le intensita delle correnti, e sulla retta ortogonale (asse delle ordinate) le corri- spettive differenze di temperatura dei termini

delle coppie. Cosi si ottengono le. temperature intermedie. II Wroblewski, per lo scopo sopra ricordato,

confronto le deviazioni prodotte dalla coppia termoelettrica (rame-argentone) colle indicazioni


date da un termometro a idrogeno alle tempe¬ rature seguenti:

Temperatura d'ebullizione deH'acqua 100 „ di fusione del ghiaceio ... 0° B di ebullizione dell'etilene liquido

sotto la pressione atmosferica — 103°,5 r di ebullizione dell'etilene liquido

sotto la pressione di 3 cm. di mer curio — 131°.

Voile poi assicurarsi se continuava Taccordo tra la coppia termoelettrica e il termometro a idrogeno anche per temperature piii basse, e constato ehe fino a — 193°, temperatura delFa- zoto bollente sotto la pressione atmosferica, Tac- cordo si aveva. Verso i — 200° le indicazioni dei due strumenti non erano piii esattamente concordi, ma probabilmente Terrore spettava al ter¬ mometro ad idrogeno, perche questo gas, avviei- nandosi alia liquefazione, cominciava anch'esso a deviare dalla legge di Boyle.

§ 10. — Ritorniamo ora al gas perfetto, de¬ finite, come abbiamo detto nel § 6, dall'espressione:

(1) PV = R T.

Questa varrebbe dunque, secondo quanto dicemmo, solo nel caso ideale in cui le molecole

fossero assolutamente prive di volume e di attrazione reciproca. Poiche nessun gas reale si


trova in queste condizioni, cosi questa formula non varra a rigore per nessun gas, e converra, volendo appliearla ai gas reali, modificarla opportunamente. E evidente che per questi, la for¬ mula trovata condurrebbe ad un assurdo. In- fatti, supponiamo di poter raffreddare un gas, mantenendone costante la pressione P fino allo

zero assoluto, cioe fino a 273°. Allora T sara 0 nella formula (1) e percio dovra essere 0 il termine V nella formula stessa. Pertanto allo zero assoluto i corpi non avrebbero alcun volume, cio che e evidentemente assurdo, ma che deriva logicamente dalla nostra ipotesi che, nel caso

astratto, fosse nullo il volume molecolare. Ve- diamo dunque come si possa modificare la (1) cosi da poterla applicare ai gas reali.

Converra modificare tutti e due i termini f

e F; P, perche Teffetto dovuto alPaumento di pres¬ sione sara aumentato dalhattrazione molecolare che coopera nello stesso senso; F, perche il vo¬ lume del gas risultera invece diminuito dalla somma dei volumi delle singole molecole. Chia- mando con a questa somma, che sarebbe poi il volume del corpo quando le molecole fossero a contatto, cioe alia temperatura dello zero asso¬ luto, dovremo intanto modificare la (1) cosi:

P (V — a) = li T.

Yediamo di quanto aumenta il termine p. In

GAS REALI E GAS PEEFETTO 65

una massa gazosa, una molecola, la quale si trovi neir interno di essa e attratta egualmente in tutte le direzioni, percio tutte queste attrazioni si elidono ed essa si eomporta come se non fosse attratta. Invece una molecola della pelli-

cola—intendendo con questa parola, perbrevita di locuzione, lo strato delle molecole esterne che costituiscono quasi Finvolucro del gas— e attratta

dalle altre verso il centro della massa. Se il vo¬ lume si riduce a meta, doppio diventa il numero delle molecole della pellicola, e doppio anche il numero delle molecole della massa, onde Fattra- zione tra esse diventera 2X2 = 4 volte maggiore. Se il volume si riduce ad un terzo, triplo

diventera il numero delle molecole della pellicola

e della massa, e Fattrazione diventera 3X3 = 9 volte maggiore; e cosi via di seguito: pertanto

Fattrazione molecolare sara in ragione inversa del quadrato del volume. Se indicliiamo con c la costante di questa attrazione, essa potra rap-

presentarsi col termine —j, il quale dovra essere

sommato a P nella formula (1). Pertanto la formula di Kronig e Clausius pei

gas perfetti risulta cosi modificata pei gas reali

(P+ °T)(V-a) = BT

che e la formula Van der Waals.

Alippi e Comanducci, La Uquefazione, ecc. 5


§ 11. — Che cosa si pub concludere dalla for¬ mula di Van der Waals? L' attrazione tra le molecole avra per effetto di diminuire la velocita con cui esse colpiscono la parete, e per conseguenza diminuira la pressione. In altre parole, a parita d'ogni altra condizione, esercitera minor pres¬

sione un gas reale che il gas perfetto. Infatti, consideriamo una molecola di quello, diretta

verso la parete: questa deve nella sua corsa sen-

tire Tattrazione delle altre molecole, ma, finche

e neirinterno della massa gazosa, essendo queste forze attrattive ripartite egualmente in tutti i sensi, si equilibrano, e non producono variazione nella velocita della molecola considerata. Perb, quando la molecola e giunta alia pellicola, che

in certo modo limita il gas, essa non e piii attratta che verso il centro della massa, e quindi, come frenata nella sua corsa, urta contro la parete con rallentata velocita. Pertanto, sotto un dato volume, la pressione o forza elastica del gas sara minore che non sarebbe senza Pattrazione molecolare, o, in altre parole, colla stessa pres¬

sione si otterra una piii grande diminuzione di volume nei gas reali che nel gas perfetto. Questo appunto, poco prima della meta del secolo pas-

sato, provb il Regnault colle sue celebri esperienze, le quali dimostrarono che quasi tutti i

gas si comprimono piu di quello che vorrebbe la legge enunciata due secoli innanzi dal Boyle.

gas reali e gas peefetto 67

Da quanto abbiamo esposto, si comprende facilmente die la diminuzione di velocita, che subiscono le molecole allorche sono prossime a colpire la parete, sara tanto maggiore quanto piii intensa e Tattrazione esercitata dalle altre verso

I'interno della massa, quindi quanto piii I'aeriforme e denso, cioe vicino a liquefarsi, e che le divergenze dalla legge di Boyle e Mariotte, che

regola i gas perfetti, saranno tanto minori quanto piii il gas e lontano dalla sua liquefazione. Anche

questo dimostrarono le classiche esperienze del Regnault.

In opposto senso agira il volume delle mole-

cole, perche esso diminuisce naturalmente lo spazio libero per le loro collisioni, onde queste saranno piii frequenti e la pressione ne verra

aumentata. Quindi le divergenze che un gas reale

mostra dalla legge di Boyle e Mariotte saranno evidentemente funzione e del volume e della forza attrattiva delle molecole. L'effetto dell'attrazione molecolare supera generalmente Teffetto dovuto al volume, che, come sappiamo, e molto piccolo rispetto alle distanze molecolari, e percio i gas

si comprimeranno generalmente piii di quello che

vuole la legge di Boyle e di Mariotte. Se invece prevalesse questo effetto su quello, dovrebbe avvenire tutto il contrario, ed i gas dovrebbero

comprimersi meno di quello che voglia la legge di Mariotte, cioe, sotto una data pressione, as-

68 LA LIQUEFAZIONE DEI GAS E DELL'AEIA

sumere un volume minore di quello che assu- merebbe il gas perfetto. Esiste nessun gas che si comporti in questa maniera? Vediamo di tro-

varlo col ragionamento. Esso potra essere il gas le cui molecole hanno la minima massa, cioe il

minimo peso molecolare, affinche minima sia Fattrazione molecolare. Ora, poiche il corpo di cui Fatomo e il piii leggiero tra tutti e Fidro-

geno, siamo tratti a coneludere che Fidrogeno potra comprimersi meno di quello che e richiesto dalla legge di Boyle e di Mariotte. E questo

appunto verified sperimentalmente il Regnault, che pertanto distinse i gas in imperfetti, che

deviano dalla legge dei gas perfetti comprimendosi piii, e i piuccheperfetti che invece si

comprimono meno. Unico gas piuccheperfetto e Fidrogeno.

Ma a rigore Fidrogeno non fa eccezione, che

tutti i gas possono diventare piuccheperfetti, purche portati a temperature elevatissime, comprimendosi allora meno di quello che richieda

la legge di Boyle e di Mariotte, come provarono le posteriori esperienze del Cailletet e delFA-

magat. Cio si pud intuire facilmente pensando che i termini di correzione nella formula del Van der Waals dipendono, oltre che dal volume

molecolare, dalFattrazione fra le molecole, attrazione che diminuisce se aumenta la loro distanza, cosa che appunto avviene quando aumenti la

GAS REALI E GAS PEKFETTO 69

temperatura, rimanendo costant© la pressione del gas.

§ 12. — In quali casi la legge di Boyle puo verificarsi esattamente, almeno entro i limiti degli errori d'osservazione?

Evidentemente, quando i gas sono molto ra-

refatti, perche allora le molecole sono in numero molto minor© e, per Taumentata loro distanza, le forze attrattiv© sono tra esse debolissime: mancano cosi o, per essere piii esatti, sono ri- dotte al minimo le cause per le quali un gas

reale non si comporta come un gas perfetto. Ma, se anche a pressioni molto basse, si no-

tassero pei gas cosi detti permanenti, deviazioni dalla legge di Boyle, bisognerebbe forse conclu-

dere che la materia ha nuove proprieta, a noi ancora completamente ignote, e che percio non sono state considerate nel formulare quella teoria

cinetica dei gas, che abbiamo fin qui elementarmente riassunta. Yalenti esperimentatori, il

Siljestrom, il Van der Ven, il Mendeleef, TA-

magat, il Fuchs, il Bohr, il Ramsay ed altri intrapresero con metodi diversi, minuziose e pre¬ cise esperienze per verificare a basse pressioni questa importantissima legge della meccanica dei gas, ma i risultati furono tra loro discordanti

per le diverse cause di errore, inerenti ai diversi metodi, e difficilissime ad eliminarsi in misure di cosi gran do precisione, perche destinate a rile-


vare, se mai, differenze lievissime. Recentissima-

mente il Battelli, con un metodo perfezionato, che eliminava ogni causa di errore, esegui nuove

ed accuratissime esperienze, e trovo che Tidro- geno, entro pressioni comprese tra un'atmosfera e

38 000 ^ atmosfera (— mm. 0,02 di mercurio) segue la legge di Boyle. Anche per gli altri gas, su cui esperimento, egli non trovo anomalie le quali non si possano spiegare colle condizioni inevitabili delle esperienze. I/ossigeno solo, come aveva gia scoperto il Bohr, e naturalmente anche Taria, presentano una particolarita notevole, de-

viando quello dalla legge di Boyle, quando la sua

pressione e circa 1 ^ di atmosfera (piii preci-

samente mm. 0.7 di mercurio), in modo che diminuendo il volume della massa gazosa, quando essa e prossima a quella rarefazione, il prodotto PV, invece di rimanere costante, aumenta.

Forse (e questa e la migliore ipotesi per ispie- gare tale anomalia) gli urti reciproci delle mo-

lecole condurrebbero alcune di esse a saldarsi, se cosi si pub dire, tra loro costituendo gruppi molecolari o complessi molecolari, i quali, ciascuno come una molecola sola, continuerebbero la loro ridda sfrenata in mezzo alle altre molecole semplici. Ma perche solo a quella data pressione? E da che dipenderebbe il formarsi e lo sfasciarsi

di questi complessi molecolari? Forse, come e

GAS REAL! E GAS PERFETTO 71

molto probabile, la coesione, che li origina, varia colla temperatura e col volume della massa

gazosa P Qui ci fermeremo, non intendendo noi inoltrarci

in queste considerazioni, che ci trarrebbero troppo

fuori del nostro argomento, e sulle quali si vaga

ancora molto nel campo delle ipotesi.

T T T T ▼ ▼ T T ▼ « T ▼ T ¥> T T T f T T T T y ▼ Y T T V T T

CAPO III.

II punto critico degli aeriformi

e le basse temperature.

II punto critico. — 1° Temperatura critica. — 2° Diffe- renze tra gas e vapore. — 8° Esperienze delFAndrews. — 4° I gas permanenti.

Le basse temperature. — 5° Yaporizzazione e condensazione. — 6° Evaporazione ed ebullizione. — 7° Galore di yaporizzazione. — 8° Macchina frigorifera a gas liquefatti. — 9° Diversi tipi di macchine frigorifere. — 10° Macchine frigorifere ad assorbimento. — 11° Usi delle macchine frigorifere. — 12° Miscugli frigoriferi. — 18° Raffreddamento dei gas per espansione.

§ 1. — Supponiamo di comprimere entro un cilindro d'acciaio resistentissimo una massa d'aria. Piii comprimiamo, piii le molecole si avvicinano,

piii frequenti diventano le collisioni, piii eresce la

media velocita di esse e conseguentemente piii la temperatura della massa gazosa sale. Suppo¬ niamo pero che il cilindro sia immerso in un

miscuglio frigorifero, il quale sottragga il calore che mano a mano si sviluppa per effetto della

IL PUNTO CRITICO DEGLI AERIFORMI, ECC. 73

compressione. Cio servira a mantenere invariata la temperatura, ed equivarra in altre parole a mantenere invariata la media delle velocita molecolari. Se, pertanto, sotto Tordinaria pressione di un'atmosfera, due moleeole urtandosi non ri-

manevano avvinghiate dall'attrazione reciproca, perche questa era superata dalla loro energia di

movimento, nemmeno sotto la pressione maggiore, cui abbiamo portata la massa di aria, questo avverra, perche ne la massa moleeolare, da cui I'attrazione dipende, ne le velocita sono

cambiate. Onde, sotto 1000 atmosfere di pres¬ sione, come sotto una sola, le moleeole percor- reranno traiettorie rettilinee, le quali, finche non

cambi la velocita loro, non diventeranno mai traiettorie chiuse. Qualunque sia dunque la pres¬ sione, la molecola potra paragonarsi — se con un paragone vogliamo saltare da un infinito ad

un altro — ad una cometa la quale dagli abissi

dello spazio precipitasse sul sole, per girare at-

torno ad esso con una velocita tale che la riman- dasse alFinfinito.

Ma proviamo a raffreddare I'aria che compri-

miamo: la velocita delle moleeole diminuira quanto piii calore togliamo, finche verra un mo-

mento in cui Tenergia della loro reciproca attrazione superera 1' energia di movimento media con cui si urtano; allora le traiettorie delle mo¬

leeole, la velocita delle quali e minore della


media, si trasformeranno da rettilinee in orbite chiuse, e si formeranno eosi sistemi moleeolari. Altrettanto avviene press'a poco di quelle comete che passano al perielio con velocita minore di

quella necessaria per rimandarle all'infinito, cioe per far loro percorrere un'orbita parabolica: esse

rimangono prigioniere del sole e s'aggirano in perpetuo attorno ad esso in orbite ellittiche. La

velocita molecolare, di cui abbiamo parlato sopra, corrisponde dunque ad una certa temperatura, al disopra della quale non e possibile liquefare Faria, e questa temperatura, che per Faria e di circa —140°, si chiama temperatura criticd. Quanto si e detto per Faria si pub ripetere per ogni altro aeriforme; sicche possiamo concludere che un corpo al disopra della temperatura critica non

pub sussistere che allo stato aeriforme. § 2. — Se Fessere al disotto della sua tempe¬

ratura critica e condizione necessaria per un gas affinche possa liquefarsi, non e perb sufficiente, occorrendo che un' opportuna pressione avvicini

e riunisca i sistemi moleeolari, che ora hanno la possibility di formarsi, in sistemi moleeolari piii complessi e piii grossi, e finalmente questi

in goccioline. Cosi, per es., essendo la tempera¬ tura critica delF acqua eguale a + 364°, sotto Fordinaria pressione a tale temperatura Facqua

e allo stato aeriforme, e bisogna comprimerla a ben 194 atmosfere perche a -f- 364° diventi li-

IL PUN TO CKITICO DEGLI AEKIFOSMI, ECC. 75

quida. Per Taria, la temperatura critica e, come

abbiamo veduto, di —140°; ma a tale tempera¬ tura occorre bene una pressione di 39 atmosfere per liquefarla. Noi chiameremo gas un aeriforme

die si trovi a temperatura piu alta della cri¬ tica, vapore invece quando si trovi a tempera¬

tura inferiore alia critica. La temperatura critica e dunque quella die separa in un aeriforme lo stato di gas dallo stato di vapore: cosi da -f-100o

a -f- 364°, sotto Y ordinaria pressione atmosfe-

rica, abbiamo il vapor acqueo, mentre al disopra

di -f- 364° il gas acqueo; cosi I'aria diventa vapore

al disotto di —140° sotto I'ordinaria pressione. Supponiamo dunque di comprimere un vapore,

cioe un gas raffreddato al disotto della sua tem¬ peratura critica. Riavvicinandosi in tal modo

maggiormente i sistemi molecolari e le molecole, aumentera il numero di quelli, mentre piii sistemi si fonderanno in sistemi piii complessi. Natural-

mente Fattrazione molecolare diventera sempre piii intensa coll'ingrossarsi di questi e il volume della massa gazosa diminuira, in conseguenza, piii

di quello che vuole la legge di Boyle, cioe piii di quanto sarebbe dovuto alia sola pressione, aumentando in corrispondenza la densita del va¬ pore. Finalmente, continuando la pressione ad aumentare, i gruppi molecolari diventeranno cosi grossi da renders! visibili formando come una

nebbia e depositando goccioline sulle pareti. In

76 LA LIQUEFAZIOXE DEI GAS E DELL AKIA

questo stato il vapore e saturo e, seguitando la compressione, la sua densita non aumentera ulte-

riormente, perche invece aumentera in corrispondenza il nmnero delle goecioline, die pel peso

si raceoglieranno in , basso formando uno strato liquido. Onde, se noi vogliamo riassumere in poche parole gli stati sotto i quali un corpo pub trovarsi allo stato fluido, diremo che esso da gas passa, per abbassamento della sua temperatura, allo stato di vapore attraversando la temperatura eritica; poi, per compressione, allo

stato di vapore saturo e finalmente di liquido. Ma,

oltrepassata nel raffreddamento la temperatura critica, se si continua a sottrarre calore alia massa gazosa, si potra ottenerla liquida con una pressione minore di quella che sarebbe ri-

chiesta alia temperatura critica e che dicesi pres¬

sione critica, perche raffreddando ancora I'aeriforme, si diminuisce vieppiii la veloeita delle sue molecole, con che si facilita evidentemente la formazione dei gruppi e dei sistemi moleeolari. Difatti il vapor acqueo, come insegna I'esperienza quotidiana, si liquefa per sempliee raf¬ freddamento, formando, per es., goccie di rugiada sui vetri freddi delle finestre, senza verun au-

mento di pressione; cosi Taria, che si liquefa alia temperatura critica (— 140°) sotto la pressione

di 39 atmosfere, quando sia raffreddata a — 190° si riduce liquida sotto I'ordinaria pressione. Ma

IL PUXTO OMTICO DEGLI AEHIFORMI, ECO. 77

si comprende facilmente come a tale tempera-

tura e sotto tale pressione Taria, se liquida, debba subito tornare aeriforme, cioe bollire.

Quando Funita di massa di un fluido si trova

alia temperatura critica ed alia pressione critica o, in altre parole, al pimto critico, esso e in imo stato die non si pub dire ne aeriforme, ne liquido, non essendo bene ne una cosa ne I'altra,

ma quasi una miscela di liquido e di vapore ed ha un certo volume che dicesi volume critico. Basta allora un lieve cambiamento nella pres¬

sione o nella temperatura, perche subito la sostanza assuma Tuno o Faltro' dei due stadi e precisamente quello che conviene alia nuova pres¬

sione od alia nuova temperatura. Per es. Yanidride carbonica, della quale TAn-

drews ed il Cagniard Latour studiarono* il modo

di comportarsi sotto diverse pressioni e sotto diverse temperature con esperienze divenute ce-

lebri, ha il suo punto critico a -)~ 30°,92 ed a 72 atmosfere.

§ 3. — 1/ apparecchio delF Andrews, come mostra la fig. 3, era formato di due cilindri di

rame resistenti, comunicanti pel tubo P e chiusi in fondo da grossi coperchi. Quelli superiori

erano attraversati, a perfetta tenuta, da due robuste canne di vetro capillari nella parte

esterna; quelli inferiori da due stantuffi. Le due canne di vetro contenevano Tuna Tanidride car-

LA LIQUEFAZIOXE DEI GAS E DELL'ARIA

bonica, I'altra Taria, per la maggior parte della loro capacita: il resto eosi delle eanne come dei cilindri era pieno d'olio, separate dai due gas

per mezzo d'una goccia di mercurio. Girando le

vitisipotevaeser- citare e sull'aria e suiranidride la stessa pressione e , tenendo nel

frattempo im¬ merse Tapparec-

chio in un apposite bagnOjSipetevanu mantenere i due gas ad una costante temperatura. II gas che si cimentava era

veramente 1' anidride carbonica, mentre I'aria serviva, come gas quasi perfetto, a misurare la pres¬

sione per mezzo della diminuzione del suo volume, cioe semplicemente da corpo manometrieo. Le esperienze deH'Andrews, vaste, rigorose, precise,

Fig. 3.

IL PUNTO ORITICO DEGLI AERIFORÎI, ECC. 79

provarono le cose da noi dette fin qui sul modo

di comportarsi dei gas quando ne varii la pressione e la temperatura, e dimostrarono nel modo piii eompleto Tesistenza del punto critico negli aeriformi. Supponiamo ehe il bagno mantenga invariata la temperatura di 30°,92, ma che si

varii invece la pressione, allo scopo di studiare il modo di comportarsi deH'anidride neWisoterma 30°,92. Aumentiamo poi gradatamente la pres¬ sione fino a 72 atm.; il gas, che fino allora e

rimasto tale, comprimendosi pero piii di quanto si comprima I'aria nell'altro tubo, giunto al punto

critico si presenta come un miscuglio di liquido e di vapore, sicche non e possibile dire quale

dei due stati abbia assunto; ma, per poco che aumenti ancora la pressione, diventa tutto liquido ed il suo volume non varia piii che di quantita trascurabile per quanto lo si comprima. Altret- tanto avverrebbe se, mantenendo la pressione di 72 atm., si raffreddasse I'anidride al di sotto di 30°, 92.

§ 4. — Dopo quanto si e detto, si comprende la possibilita teorica di liquefare qualunque gas; basta comprimerlo al disotto della temperatura critica. Ed ora si comprende anche come certi gas, quantunque compressi sotto enormi pressioni

non si sieno liquefatti prima che il concetto della

temperatura critica fosse, per opera Ae\YAndreivs, entrato nella scienza. Cosi, avendo resistito ai


piii arditi tentativi, sei gas, e precisamente I'idrogeno, Fossigeno, Fazoto, Fossido di carbonio, il metano o gas delle paludi e il biossido di azoto od ossido azotico, erano stati dichiarati dai fisici gaspermanenti. I/aria, p. es., era stata eompressa fine a 400 atmosfere, immergendo manometri

pieni d'aria fino ad una profondita tale (atm. 400 X 10,38 = 4132 m.) nel mare da sopportare cosi forte pressione. Piii tardi il Natterer giunse

a comprimere Faria fino a 3000 atmosfere e Faria non si liquefece, per quanto fosse divenuta piii densa delF acqua, mentre, eome oggi sap-

piamo, Faria liquida e piii leggiera di questa. Ma

in tutti questi casi il gas era stato cimentato da

una temperatura superiore alia critica e percio qualunque tentativo doveva riuscire necessaria- mente inutile.

Trovato dalFAndrews il punto critico degli aeriformi, il problema sulla liquefazione dei gas

era teorieamente risolto: restava pero Fattua-

zione pratica, che doveva essere al tempo stesso la conferma delle teorie, e che si presentava irta di difficolta sperimentali, essendo neeessario rag-

giungere per alcuni gas temperature bassissime,

molto prossime allo zero assoluto. Come si sieno ottenute, lo vedremo nel prossimo capitolo.


Le basse temperature.

§ 5. — Chi non sa che la vaporizzazione cTun liquido, cioe la sua conversione in vapore, richiede ealore? Tutti sanno che Tacqua non bolle, neliecondizioniordinarie, senza fuoco e tutti sanno che agitando una mano bagnata, questa si asciuga,

ma raffreddandosi, perche toglie calore alia pelle. Altre esperienze note a tutti e che provano la stessa cosa, sono: il raffreddamento che sentiamo

in tutto il nostro corpo quando, uscendo dal bagno,

ci troviamo esposti al vento, o il senso refrigerante di fresco che gustiamo quando, sudati, agi- tiamo il ventaglio — il modo semplice e comune di conservare fresca Facqua, se contenuta in vasi porosi, esponendo questi all'aria ventilata, ecc. Perche il passaggio d'un corpo da liquido a vapore

consuma calore e percio raffredda i corpi con cui e a contatto? La teoria dinamica del calore

spiega il fenomeno in modo molto facile: le molecole debbono naturalmente allontanarsi, e percio

vincere la forza di coesione, immensamente maggiore ne* liquidi che nei gas. Un grande principio

scientifico, che informa tutta la scienza moderna, e questo evidentissimo: che il lavoro non si crea

dal mdla, ma che pub solo trasformarsi, cioe che

Venergia, si trasforma, ma non aumenta, nl di-

minuisce. Portanto, affinche possa compiersi il

Alippi e Comanducci, La liquefazione, ecc. 6


lavoro richiesto per allontanare le moleeole, in opposizione alle lore reciproche attrazioni, e per vincere la soprastante pressione, bisognera ehe qualche energia intervenga nel fenomeno. Questa

energia e il calore. Le moleeole si allontanano, ma le loro vibrazioni si fanno meno rapide: aumenta Venergia potenziale delle moleeole, energia dovuta soltanto alle loro posizioni reciproche,

ma diminuisce renergia dovuta alia loro veloeita,

cioe la loro forza viva. Ma la forza viva maggiore o minore delle moleeole costituisce la tern- peratura del corpo, onde, se le moleeole si al¬ lontanano, esso deve raffreddarsi.

Quando dunque un liquido vaporizza, parte dell'energia termica, sua o dei corpi ehe sono con

esso a contatto, cessa di esistere come energia termica, diventando, senza aumento, ne perdita, energia potenziale delle moleeole del vapore, cioe energia dovuta soltanto alia loro posizione, essendo ora piu lontane. Va da se ehe, allorquando un vapore si ricondensa in liquido, questa energia potenziale delle moleeole ritorna energia termica. E poiche questa, come sappiamo, non e se non

moto vibratorio piii o meno rapido delle molecole, si pub dire che nella vaporizzazione le mo¬

leeole del liquido e del corpo con cui esso e a contatto, cedono un po' del loro moto, della loro forza viva alle moleeole del liquido che si di- staccano da questo per costituire il vapore; in-

IL PUNTO CRITICO DEGLI AERIFORMI, ECC.

vece, allorche il vapore ritorna liquido, queste restituiscono a quelle la forza viva, riccvuta

prima. E insomma im fenomeno semplicissimo di meccanica molecolare questo, che noi esprimiamo

eolle parole raffreddamento e riscaldamento. Se ne fa una pratica applicazione nel riscaldamento

a vapore, che consiste nel far circolare entro tubi vapor d'acqua proveniente da una caldaia in cui

bolle delFacqua, caldaia situata nelle cantine delFedificio, che si vuol riscaldare. II calore, som- ministrato dal fuoco, si converte in energia potenziale delle molecole, le quali, sciolte o quasi,

dai vincoli dell'attrazione molecolare, si elevano e percorrono i tubi, costituendo il vapore. Ma nei

tubi questo si ricondensa, cioe le molecole si avvicinano, la loro energia potenziale ritorna allora forza viva, ed e ceduta in parte alle pareti dei

tubi e per mezzo di queste alFaria degli am- bienti, che eosi e riscaldata senza pericolo e senza danno per Tigiene.

§ 6. — La vaporizzazione d'un liquido pub essere poi piii o meno rapida, e tutti sanno che, quanto piu vasta e la superficie evaporante, quanto piii attiva e la ventilazione, tanto piii e rapida la

conversione del liquido in vapore. Sara sempre la stessa la quantita di calore necessaria, ovvero

variera col variare della rapidita delFevapora- zione? II principio della conservazione delFenergia, non permette di dubitare: tutte le volte che una


ceria massa di liquido, ad una data temperatura e sotto una data pressione, si converts in vapors a quella stessa temperatura, la quantitd di calore richiesta & sempre la stessa, ed equals a quella

che si svolge allorche si compie il passaggio inverse. Per fare un confronto esplicativo: il lavoro che richiede rinnalzamento d'un peso ad una data altezza sul suolo e sempre quello, in qualunque condizione si faccia Tesperienza, perche rimane

costante Fattrazione fra esso e la terra, attrazione che deve essere vinta, ed e precisamente

eguale al lavoro che il peso fa ricadendo da quelFaltezza.

Ma, se la vaporizzazione di una data massa di liquido richiede sempre quella stessa quantita di calore, ne segue che, quando la vaporizzazione

e lenta, il raffreddamento sara piccolo, minimo e magari praticamente trascurabile; se rapida o rapidissima, forte, fortissimo sara il raffredda¬

mento, non essendo altrettanto pronto il rista- bilirsi delFequilibrio della temperatura coi corpi circostanti. Cosi, se vogliamo sollevare un peso

ad una certa altezza in un tempo brevissimo occorrera non maggior forza, non maggior lavoro, m&m&ggiovpotenza che se s' impiegasse un tempo

maggiore.

Ne segue che, accelerando Fevaporazione, si avra un piii intenso raffreddamento, quindi a questo scopo giovera distendere il liquido su

IL PUNTO CRITICO DEGLI A1RIFORMI, ECC. 85

vasta superficie, promuovere la ventilazione per asportare subito il vapore saturo ehe ostaeo- lerebbe in parte im'ulteriore evaporazione, e diminuire la pressione sovrastante al liquido.

La vaporizzazione pub avvenire in due modi: o soltanto alia superficie del liquido e a qualunque temperatura e lentamente, e si dice allora evaporazione, ovvero in tutta la massa liquida, ad una temperatura determinata sotto

determinata pressione, e tumultuosamente, cio die si dice ebulliziom.

Evidentemente nel secondo caso, essendo la

vaporizzazione piii rapida ed estesa a tutta la massa liquida, piu grande quantita di calore dovra essere somministrata nello stesso tempo.

Ed e chiaro che Tebullizione non potra avvenire a qualsiasi temperatura, ma ad una tempera¬ tura che, per un determinate liquido, dipende

dalla pressione cui e sottoposto, pressione che dalla forza elastica del vapore deve essere vinta. Per es., come abbiamo gia detto, Facqua pura

che bolle a 100° sotto Fordinaria pressione atmo-

sferica, bolle a 84° sulla cima del M. Bianco, dove la pressione e minore, e bolle poco al di sopra di 0°

nel vuoto pneumatico. Poiche in questo caso la temperatura dell'acqua e vicinissima a quella del suo congelamento, e poiche il calore necessario alia vaporizzazione e sottratto alFaequa stessa, ne avviene che quella che resta diventa


ghiaceio: onde Tesperienza sorprendente d'un liquido che cessa di bollire per eongelarsi!

§ 7. — Ed ora riassumiamo con qualche definizione e con qualche dato preciso quello che si e detto. Chiameremo colore di vaporizzazione d'una sostanza ad una determinata temperatura (per es.

a 40°), la quantitd di calore che richiede, perchb 1 grammo di essa diventi vapore alia stessa tem¬ peratura (cioe a 40°). Questa quantita di calore

si misura in calorie, intendendosi ordinariamente per calorla la quantita di calore che richiede un gramma di acqua per passare da 0° a 1° (1). Per es., per I'acqua il calore di vaporizzazione a 0° e di

606,5 calorie, a 10° e di 599 calorie, a 20° e di 592 calorie, a 100° e di 536,5 calorie. In altre parole, per ogni grammo di acqua che abbandona la superficie d'un lago, a 10° per es., per diventare invisibile vapore e perdersi neH'atmosfera,

sono sottratte alFacqua, alharia, calorie 596, quante cioe ne svolge, bruciando completamente,

circa ^ di grammo di carbone. Da quello che si

e ora detto, risulta che, quanto piii bassa e la tem¬

peratura a cui Tacqua vaporizza, tanto piii ca¬ lore richiede, sicche, a parita d'altre condizioni, piii grande sara il raffreddamento. Risulta inoltre

(1) Recentemente si propose di adottare come ealoria la quantitd, di calore necessaria per scaldare 1 grammo d'acqua da 14° a 15°.


die se un liquido, Facqua per es., ad una data temperatura, poniamo a 20°, invece di evapo-

rare, bolle, piu grande raffreddamento produrra perehe, essendo la stessa la quantita di calore necessario, questa sara pero sottratta in un tempo minore. Noi possiamo far bollire Facqua a qualsiasi temperatura compresa tra i 364° e i 0°, purche variamo la pressione cui e sottoposta, quindi potra essere questo un modo per produrre il freddo. Ma, se ricorriamo ad un liquido piii

volatile, die doe piii facilmente e quindi piii rapidamente vaporizzi, eome Falcool, come Fetere,

die bollono rispettivamente sotto Fordinaria pres¬ sione a + 78° e a + 35°, potremo ottenere tem¬

perature ancora piii basse, perche maggior quan¬ tita di calore sara sottratta nella stessa unita di tempo. E noto die agitando una mano bagnata d'etere si prova una sensazione di fresco

maggiore die se sia bagnata d'alcool, e, se bagnata d' alcool, maggiore die se sia bagnata

d'acqua. Nel primo caso la pelle si asciuga prima die nel secondo, nel secondo prima die nel terzo. Gli stessi effetti, piii cospicui pero, si avranno

se si ricorre a liquidi die bollono a temperature anoora piii basse, per es. all'anidride solforosa, la quale, gazosa nelle condizioni ordinarie, si liquefa sotto la pressione di sole 2 atmosfere a -|- 15°.

Questo liquido, lasciato all'aria, cioe sotto la pres¬ sione atmosferica, bolle mantenendosi a — 10°;


se invece lo si pone sotto la campana della mae-

cMna pneumatica e si fa il vuoto, bolle a — 60°, sicche puo servire a solidificare il mercurio, che congela a — 40°. Cosi Tanidride earbonica, che nelle condizioni ordinarie e un gas, bolle a — 79° sotto Fordinaria pressione atmosferica, e pro¬ duce tale raffreddamento da solidificare, in Can¬

dida neve, la residua anidride earbonica che non vaporizza, analogamente a quanto abbiamo detto che avviene per Facqua sotto la campana della macchina pneumatica. Ed il protossido di azoto (iVgO), il cosi detto gas esilarante, perche respi- rato produce una strana ebbrezza, bolle a — 105°

sotto la pressione atmosferica e a — 140° nel vuoto pneumatico.

Fermiamoci qui, perche tanto basta per comprendere come si possa, accelerando Fevapora- zione di liquidi molto volatili col diminuire la

pressione soprastante, ottenere temperature molto basse, e per indovinare quale parte possa avere questo fenomeno termico nella liquefazione degli aeriformi. Riservandoci di tornare su questo argomento pii tardi, ci pare opportune fare una

breve parentesi per dire della produzione artifi- ciale del ghiaccio.

§ 8. — Abbiamo visto che basta, a tal uopo,

far bollire F acqua sotto la campana della macchina pneumatica, ma questo processo, se va bene

per esperienza di scuola, non sarebbe utilizzabile in pratica.

IL PUNTO CRITICO DEGLI AERIFORMI, ECC.

Neirindustria pertanto si ricorre a liquidi molto

piii volatili, p. es. airammoniaca o airanidride carbonica liquide, le quali, vaporizzando, producono un abbassamento di temperatura tale che Taequa congela. Ordinariamente un motore elet-

trico, comodo, economico, di facile manutenzione e di semplice maneggio, aziona le pompe che servono a comprimere e ad aspirare il gas.

Questo dunque jfercorre un ciclo, liquefacendosi nel compressore e tornando aeriforme neirevapo- ratore, sicche la stessa quantita di gas, salvo le perdite inevitabili, pub servire all' infinite.

Schematicamente una macchina frigorifera a

gas liquefatti, pub essere rappresentata dalla figura 4.

E e Yevaporatore costituito da una cassa, attraversata dai tubi nei quali circola il miscuglio

del liquido volatile (ammoniaca liquida, anidride solforosa liquida, ecc.) col proprio vapore,

e piena del liquido da raffreddare; C e condensatore, costituito in modo analogo, perche pure formato da una cassa attraversata da tubi nei quali la compressione liquefa il gas. I/acqua,

che continuamente si rinnova intorno ad essi, sottrae il calore sviluppato dalla compressione, la quale e prodotta dalla pompa D, mentre la pompa C produce I'evaporazione.

II giuoco della macchina, e, come si vede subito, molto semplice. Attorno ai tubi deirevapora-


tore E Tacqua gela, perche essi sono fortemente

raffreddati daU'evaporazione del liquido molto vola-

IL PUNTO CR1TICO DEGLI AERIFORMI, ECC. 91

tile ehe li percorre, evaporazione operata dalla

pompa C. II vapore di ammoniaea o d'anidride solforosa, ecc. non e mandate neH'aria e perduto, ma compresso e ridotto nuovamente liquido nei tubi del compressore C, per mezzo della pompa D, sieche di nuovo pud passare airevaporatore, di nuovo essere utilizzato, e cosi via di seguito.

§ 9. — In pratica la costruzione delle macchine frigorifere non eorrisponde perfettamente allo schema da noi riprodotto, perche e soppresso il cilindro espansore PE, ed e sostituito da un rubinetto regolatore, die si apre al momento oppor-

tuno.Nelle macchine moderne invece delrubinetto tra Fevaporatore e il condensatore vi e un piccolo serbatoio chiuso con un rubinetto che, ruotando

continuamente, fa comunicare il serbatoio, una volta col condensatore, una volta colFevapora- tore, sicche una volta il serbatoio si riempie di

liquido ed un'altra volta si vuota. II serbatoio ha poi capacita variabile, essendo formate da un

cilindro, chiuso da uno stantuffo; spingendo questo piii o meno dentro, quella diminuisce od au-

menta e cosi diminuisce od aumenta la quantita di liquido che, attraverso al serbatoio, passa

dalFevaporatore al compressore. Anche il com¬ pressore Pc ha una forma e una disposizione speciale, che e stata trovata dalFing. Linde, il quale e divenuto poi celebre, come vedremo, pel

suo processo di liquefazione dell'aria atmosferica.


Detto compressore e a doppio effetto, perche i due fondi del cilindro hanno ciascuno (v. fig. 5) due valvole, una per Taspirazione, Faltra per la com-

pressione: uno del due fondi ha poi naturalmente il foro per dare passaggio all' asta dello stan-

tuffo. Quando questo passa da S in Z), si apre la valvola d'aspirazione a del fondo S ed il gas

entra nel compartimento di sinistra, mentre nel compartimento di destra il gas si comprime ed esce per la valvola di eompressione c'. Quando lo stantuffo retrocede da D in S si chiudono queste valvole e si aprono inveee le ac.

II gas ehe eompie il ciclo in queste maechine e, per lo piii, Tanidride solforosa, Tanidride carbonica o il gas ammoniaco, e si hanno cosi tre

sorta di macehine frigorifere, ad anidride solfo¬ rosa, ad anidride carbonica, a gas ammoniaco. Questi gas, vaporizzando sotto le pressioni ripor-

Fig. 5.

IL PUNTO CRITICO DEGLI AERIFORMI, ECO. 93

tate qui sotto, si raffreddano fino alle tempera¬ ture indicate nella prima colonna del quadro, e reciprocamente: alle temperature indicate nella prima colonna del quadro, si liquefanno sotto le pressioni corrispondenti a dette temperature:

SO* NH* CO2

temperature anidr. solforosa ammoniaca anidr. carb.

10° atm. 1,80 atm. 7,10 atm. 52,0 5° 1,50 2,48 46,1 0° 1,25 5 40,3

— 5° 1,04 3,40 30,8 — 10° 1,04 2,80 26,7 — 15° 0,80 2,30 23,1 — 20° 0,60 1,30 19,9 — 25° 0,50 1,40 17,1 — 30° 0,37 1,13 —

I tre tipi di macchine frigorifere cui abbiamo teste accennato differiscono poco gli uni dagli altri, in corrispondenza dei gas che impiegano.

Le macchine ad anidride solforosa hanno, a parita d'effetto frigorifero, compressori maggiori

delle macchine ad ammoniaca, perche quella liquefa sotto deboli pressioni; invece le macchine ad anidride carbonica hanno compressori piii pic-

coli, ma a pareti piii resistenti, affinche non ce- dano alle forti pressioni cui il gas viene assog- gettato. Le macchine ad ammoniaca non possono farsi di rame o di leghe in cui entri il rame, essendo questo attaccato dairammoniaca: quelle


ad anidride solforosa non abbisognano di lubrificante, avendo proprieta lubrificanti Y anidride solforosa liquida. II gas ehe si immette deve essere ben seeco, altrimenti eoirumidita formerebbe acido solforico, ehe intaccherebbe il metallo. Le

macchine ad ammoniaca e ad anidride carbonica hanno bisogno di lubrificanti, quindi anche di un

apparecehio il quale separi le goccioline d'olio ehe si sono mescolate al gas nel compressore,

prima che arrivi al condensatore. II condensatore eonsta di tre parti distinte:

un serpentino ordinario, immerso in acqua fredda che si rinnova di continuo — un secondo con¬

densatore, per lo piii ad evaporazione, formato da un sistema di tubi orizzontali bagnati da uno

strato sottile d'acqua che evapora, sottraendo calore al gas circolante nei tubi — un terzo refri-

gerante formato da un serpentino alimentato con acqua piii fredda di quella che alimenta il primo.

Uevaporatore, o frigorifero, in cui il gas eva- porando produce raffreddamento, e formato anche esso da un sistema di tubi che non raffreddano

direttamente il corpo da congelare, ma un liquido

intermediario, il quale, dopo aver circolato tra i tubi, va a raffreddare i recipienti prismatici pieni d'acqua destinata a diventare ghiaccio. Natural-

mente questo liquido intermediario non deve con- gelarsi, ne depositare corpi solidi, quindi per lo piii si adopera all'uopo una soluzione di cloruro

IL PUNTO CRITICO DEGLI AERIFORMI, ECO. 95

di sodio o di cloruro di calcio al 20 %, che con- gelano rispettivamente a — 17° e — 22°.

II gliiaecio che si ottiene risulta opaco se sotto forma di bollicine vi sia rimasta imprigionata delFaria. U ghiaccio opaco si conserva meno del ghiaccio trasparente, percio si procura di elimi- nare Taria agitando Tacqua durante il congela-

mento o usando acqua bollita. In tal caso questa viene di solito sterilizzata.

§ 10. — Yogliamo far ancbe un cenno sommario delle macchine ad assorbimento, quantunque, avendo un rendimento molto inferiore a quello delle macchine a compressione, non sieno quasi punto usate.

II principio delle macchine ad assorbimento,

ideate dal Carre, e molto semplice. Esse constano essenzialmente di due recipienti robusti ed ermeticamente chiusi, ma comunicanti tra loro.In uno, A,

c'e un liquido donde si sprigiona col risealdamento il gas, per es. una soluzione di gas am-

moniaco, cioe Tammoniaca del commercio, che si fa bollire a 130° sotto la pressione di una

diecina d'atmosfere circa. II gas che si svolge, non trovando sfogo, si comprime e la pressione

sale finche esso non comincia a liquefarsi, rac-

cogliendosi in fondo all'altro recipiente, B, che e immerso nelFacqua o nel ghiaccio. Dopo eio, si toglie il fuoco da sotto il recipiente A, la

pressione diminuisce naturalmente anche nel re-


cipiente B, sicche Tammoniaca liquida entra in ebullizione sottraendo calore alle pareti del recipiente B e pereio al liquido che le eirconda. S'intende facilmente come, a mano a mano che il gas si svolge, si ridisciolga nel liquido del reei-

piente A. II ciclo percorso dal gas e dunque il seguente: svolgimento dalla soluzione — liquefazione — ebullizione e riassorbimento. Un'opportuna disposizione permette che queste diverse

fasi si compiano in modo continuo, e non in modo intermittente come nella macchina schematica che abbiamo ora descritta.

§ 11. — Le macchine frigorifere non sono ap-

plicate soltanto a fare il ghiaccio, ma hanno vaste ed importanti applicazioni in diversi rami dell'industria. I gas liquefatti da esse, come per es. il

protossido d'azoto, il cloruro di metile, sono usati in chirurgia come anestesici, Fanidride solforosa ed il cloro come antisettici, Fanidride carbonica chiusa in piccoli tubetti d'acciaio, detti sparkletts, serve a preparare con prontezza Facqua di Seltz e le acque gazose in genere.

Alle basse temperature, ottenute colle macchine frigorifere teste descritte, si ricorre oggi su larga scala per la conservazione delle carni,

che dalFAmerica possono cosi arrivare freschis- sime in Europa. A tal uopo si fa arrivare alle carni aria secca e freddissima che le dissecca e le congela. Quando si vogliono usare si fa arri-


vare alle carni aria calda e umida che opera naturalmente in senso contrario, rammollendole e disgelandole. Le basse temperature servono a conservare per lungo tempo il latte, il burro, il formaggio, ecc.; sono applicate, peres., nelle

fabbriche di birra per moderare Fattivita dei fermenti, nelle fabbriche di cioccolata per so- lidificarla in breve tempo, nelle fabbriche di margarina e stearina per la conservazione del sego, per la mescolanza degli acidi grassi, per

Festrazione delFacido oleico, ecc.; nella preparazione della paraffina, sottoponendo alFazione del

freddo cio che resta dopo aver separate coll a distillazione frazionata i diversi prodotti del petrolio. Si ricorre inoltre alle basse temperature per la concentrazione dei liquidi alcoolici, servendosi del freddo per congelare Facqua; per la preparazione e la purificazione degli estratti in profumeria; nella costruzione dei cavi telegrafici sottomarini, allo scopo di solidificare rapidamente Finvolucro di guttaperca, ecc. Alia Morgue di Parigi si fa del freddo una funerea applica-

zione alia conservazione per qualche giorno dei cadaveri, quando cio sia richiesto dalFAutorita

giudiziaria o dalla polizia; percio i corpi ven- gono dapprima raffreddati a circa venti gradi sotto zero, e poi esposti in stanze mantenute a circa — 4°.

Noi vedremo piu avanti quanto profitto abbiano

Alippi e Comanducci, La liquefazioue, ecc. 7


tratto le scienze in genere dalle bassissime tem¬ perature che oggi si possono con relativa facilita ottenere, le quali sono di molto inferiori a

quelle che si hanno dalle macchine teste descritte. Ci piace intanto notare di passaggio come, mentre la scienza trovava il mo do di scendere nella scala delle temperature fin verso lo zero assoluto, dall'altro lato coirapplicazione delharco voltaico ai forni elettrici saliva nella scala delle temperature fin sopra i 3000° o i 3500°, allar- gando cosi immensamente il suo campo d'azione, facendo tesoro di nuove conquiste teoriche, pro-

curando alFindustria applicazioni pratiche nuove ed importanti.

§ 12. — Si possono anche ottenere basse tem¬ perature, ma non tanto basse quanto colla rapida vaporizzazione di liquidi molto volatili, ricorrendo ai miscugli frigorifici, nei quali si trae pure profitto dal rafifreddamento che si bttiene quando le molecole si allontanano, ossia dalla conversione del- Tenergia termica d'un corpo, in energia potenziale delle sue molecole. Qui pero il corpo e allo stato solido, ed il cambiamento di stato si opera o per fusione, o per soluzione, ovvero, se si tratta d'un miscuglio di piii corpi, approfittando dei due fenomeni insieme per ottenere un piu grande abbassamento di temperatura.

Tutti sanno che sciogliendo un sale nell'acqua generalmente il liquido si raffredda. II solfato

ITj PUNTO CRITICO DEGLI AERIFORMI, ECO. 99

di magnesio, il comune sale inglese, produce sciogliendosi neiracqua un sensibilissimo abbas-

samento di temperatura. Sciogliendo, per es., nitrato ammonico neiracqua, in ragione di 1 gr.

di sale per gr. 1,31 di acqua, si pub produrre un abbassamento di temperatura di circa 34°, ed arrivare al piii a — 17°. In questo caso, e negli altri consimili, il lavoro necessario per disaggregare il solido (soluzione) e poi per dif- fondere le molecole in seno alia massa liquida (diluizione) si fa a spesa del calore posseduto

dal liquido, onde si ha raffreddamento. Ma si pub ottenere un raffreddamento mag-

giore mescolando ghiaccio e sale, perche entrambi allora assorbono calore, Tuno per fondersi, Taltro per sciogliersi. Con un miscuglio di due parti

in peso di ghiaccio con una di sale marino si pub arrivare fino a — 22°. Usando invece cloruro

di calcio (Ca Cl2 -|- 6 H2 0) e mescolandolo inti- mamente con neve nel rapporto di 10 parti a 7, si pub arrivare da 0° fino a —51°, cioe al disotto del punto di congelazione del mercurio.

Altre miscele frigorifere sono quelle di ghiaccio e acidi, di acidi e sali, ma sono meno usate.

§ 13. — Un terzo modo di produrre raffred¬ damento e quello di far espandere dei gas. Un gas che si espande compie due lavori: vince la pres-

sione esterna che si oppone al suo efflusso, e vince la coesione interna delle sue molecole: quello

100 LA LIQUEFAZIONE DEI GAS E DELL'ATtlA

dicesi lavoro esterno, questo lavoro interno. Anche nella vaporizzazione dei liquid! si compiono, come

abbiamo visto, questi due lavori; ma, nel caso in cui un gas si espande, il lavoro interno e pressoche nullo, eio che si comprende facilmente

pensando che la coesione molecolare nei gas e pressoche nulla. Anzi il gas perfetto espanden-

dosi non dovrebbe raffreddarsi che per effetto del lavoro esterno, perche, come abbiamo sup-

posto, il gas perfetto e un gas ideale nel quale le molecole, oltre non aver dimension!, non si attirano. I gas reali, quando si espandono senza fare lavoro esterno, per effetto del solo lavoro interno subiscono un cosi piccolo raffreddamento,

che solo le delicate e precise esperienze fatte da lord Kelvin e dallo Joule nel 1862 hanno potuto constatare e misurare. Essi facevano passare ilgas

da cimentare per un lungo serpentino, il quale era, immerso nelhacqua d'un calorimetro, sicche ne assumeva la temperatura, che era tenuta costante.

II serpentino era chiuso da un tappo di cotone protetto da ogni scambio di temperatura col- Testerno per mezzo d'un altro strato pure di cotone,

e al disopra del tappo era fissato un termometro pronto e sensibile. L'esperienza dimostro che, se

la corrente d'aria passava attraverso il tappo con moto uniforme, per effetto d'una costante differenza di pressione, il raffreddamento R era direttamente proporzionale alia differenza di pres-

1L PUNTO CKITICO DEGLI AERIFORMI, ECO. 101

sione H-Hf esistente tra le due parti del tappo, e inversamente proporzionale al quadrate della temperatura assoluta del gas, eioe:

Supponendo die la differenza di pressione sia

d'una sola atmosfera, cioe H — Hr = I, si ha:

* = TF

Questo valore di R, per la temperatura di zero gradi centigradi, equivalente a 273° assoluti, fu trovato

R = 0o,28

cioe: quando Varia si espande senza fare lavoro esterno, alia temperatura di 0° C., si raffredda

di circa ^ di grado per ogni atmosfera di cui

scenda la pressione. II raffreddamento e, come

si vede, molto piccolo, ma ci dimostra die anche tra le molecole degli aeriformi si esercitano, per

quanto esigue, forze attrattive. L'esperienza ha poi confermato quello die si prevedeva, cioe die pei gas piii lontani dalFesser perfetti e percio piii vicini alia liquefazione, tale coefficiente e

maggiore, perche maggiori sono le forze at¬

trattive. Per ranidride carbonica, per es., nelle istesse

condizioni si ha i2 = l0,491.


Insomma le molecole dei gas possiedono le une rispetto alle altre energia potenziale, dovuta alia reciproca attrazione, energia potenziale mi¬

nima si, ma non nulla come si credeva una volta. Se si allontanano, questa energia potenziale aumenta, a scapito della loro forza viva: cioe della temperatura della massa gazosa, la quale percio

si raffredda. Ma tale raffreddamento e piccolis-

simo, onde, se si volesse portare Taria al disotto della sua temperatura critica approfittando diesso, si dovrebbe comprimerla enormemente e questo non sarebbe ne pratico, ne forse possibile. II

Linde pero, come vedremo piu innanzi, ha sa- puto, con una trovata veramente geniale, usu- fruire di questo raffreddamento nella costru-

zione della sua macchina ad aria liquida. Prima di parlare di questa, conviene fare un

po' di storia sulla liquefazione dei gas e sulle esperienze anteriori.

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CAPO IV.

La liquefazione dei gas

facilmente coercibili.

1° Prime esperienze sulla liquefazione dei gas. — 2° Espe- rienze del Faraday, del Thilorier. — 3° Apparecchio del Natterer e del Berthelot. — 4° Apparecchio del Cailletet. — 5° Altre esperienze del Faraday. — 6° Impossibilita di liquefare colla sola pressione alcuni gas.

§ 1. — Verso il finire del seeolo deeimottavo

Tolandese Van Marum, volendo verificare se il gas ammoniaco (NH3) obbedisse alia legge di Ma- riotte, lo eompresse entro un tubo e eon mera- viglia lo vide diventare liquido sotto la pressione

di sei atmosfere. Oggi noi sappiamo ehe il punto critieo del gas ammoniaco e a + 180° e a 115

atmosfere, e che, raffreddato, a — 40°, si liquefa sotto Tordinaria pressione. Pertanto lo possiamo

liquefare semplicemente immergendo Tampolla di vetro, nella quale arriva il gas, entro il mi-

scuglio frigorifero di neve e eloruro di calcio.


II Lavoisier, con Tintuito del genio, generaliz- zava questa prima scoperta sulla liquefazione dei gas e eoneludeva nel libro da noi citato piii innanzi (v. pag. 5) ehe lo stato solido, liquido o gazoso di un corpo dipende dalla sua temperatura.

Sul finire del secolo decimottavo Monge e

Clouet, e piii tardi (1799) Ghiyton de Morveau, ripeterono Tesperienza del Van Marum e raffred-

dando il gas ammoniaco a — 48° C., Fottennero liquido sotto Tordinaria pressione. Pure col semplice raffreddamento Monge e Clouet liquefecero Tanidride solforosa (502), cioe il gas che si svolge dalla combustione dello solfo. Questo gas e tanto facilmente coercibile, che basta farlo arrivare in un tubo di vetro, immerso in un miscuglio frigorifero di neve e sale, perche si liquefaccia. II suo punto critico e a 155°,4 e a 78,9 atmosfere, ma all'ordinaria temperatura si liquefa sotto la pressione di due atmosfere, ed anche sotto la pressione di un'atmosfera, se raffreddato a — 10°. Liquido non ha colore, ha una densita di 1,45 e bolle a — 10° sotto la pressione atmosferica assorbendo molto calore. Nel vuoto pneumatico

bolle a circa — 60° e permette quindi, come gia

si e detto, di congelare rapidamente il mercurio. A1 principio del secolo decimonono, due soli

gas erano stati dunque liquefatti, il gas ammo¬ niaco e Tanidride solforosa. Ma durante il secolo decimonono, in cui tanti e eosi rapidi e cosi gran-

LA LIQUEFAZIONE DEI GAS, ECC. 105

diosi progressi in ogni ramo della scienza e del- rindustria si compirono, quasi tutti i gas furono

liquefatti, perfino Taria, perfino Tidrogeno, e si giunse al punto di poterli conservare liquidi per qualehe tempo. II secolo teste finito non ha la- seiato al suceessore che un solo gas, dei conosciuti, da liquefare, Telio; ma gli ha affidato il vasto e importantissimo compito di trarre dalle esperienze di laboratorio nuove e larghe appli-

cazioni a scopo pratieo ed industriale. § 2. —Nellaprimameta del secolo deeimonono

il grande Faraday, lasciata Foscura bot- tega del legatore di libri per il labora¬ torio scientifico, nel quale doveva raccogliere tanta messe di gloria, riprendeva le poche ed isolate esperienze fatte dal Van Marum, dal Monge, dal Clouet, e giun- geva a liquefare in poco tempo circa una dozzina di gas. Egli usava un robusto tubo di vetro (v. fig. 6) piegato ad angolo, in un ramo del

quale racchiudeva la sostanza che doveva svolgere il gas da cimentare; per es. cianuro di mercurio {Hg Cy2) pel cianogeno (Oy = CN) — bisolfuro di

idrogeno (TPS2) per Fidrogeno solforato (IPS)


— cloruro di mercurio (Hg CP) saturo di ammoniaca (iVS3) per sviluppare ammoniaca, ecc. Chiuso il tube fondendolo alia fiamma, il Faraday scaldava questa branca per svolgere il gas, mentre teneva Taltra immersa nel ghiaecio. II gas si accumulava e si comprimeva in questa, e poiche

il calore svolto dalla compressione e poi dalla liquefazione veniva man mano sottratto dal ghiaecio, il gas si liquefaeeva. Cos! il Faraday riusci a liquefare il cloro, Tammoniaca, Fanidride

carbonica, I'anidride solforosa, Fipoazotite, eee. Ma molti gas resistevano, quantunque la loro

compressione entro il tubo fosse spinta fino allo scoppio di qnesto.

Quasi nello stesso tempo, e precisamente nel 1884, il Thilorier collo stesso metodo, cioe servendosi solo della compressione, liquefaeeva Fani- dride carbonica. II suo apparecchio era formato d'un cilindro di ferro nelle prime esperienze, di rame piii tardi, ma sempre a pareti molto resistenti. Per maggior sicurezza il cilindro era stretto entro una solida armatura di sbarre e di anelli

di acciaio, sicche, se le pareti si fossero crinate per effetto della crescente pressione interna, dalla spaccatura sarebbe sfuggito il gas e questo, senza alcun pericolo per Fesperimentatore, avrebbe trovato facile sfogo tra le sbarre delF armatura esterna. II coperchio superiore era forato e poteva chiudersi con un robusto coperchio a vite, iT,


(v. fig. 7) pel quale si introdueevano le sostanze

die dovevano sviluppare il gas da cimentarsi. Per Tanidride carbonica, il Thilorier faceva cader in fondo al recipiente del bicarbonato di sodio e

in una specie di secchiello di rame metteva Facido

solforico diluito. Questa reazione, analoga all'altra

comunementeusata per preparare nei seltzogeni la comunissima acqua di Seltz, produce svolgimento di anidride carbonica. II recipiente del Thilorier

era girevole intorno a due perni f, f, sicche bastava farlo girare qualche volta intorno ad essi per produrre la mescolanza del bicarbonato col-

Tacido e cosi sviluppare Tanidride carbonica. II


gas, chiuso entro breve spazio, si comprimeva e fu valutata dal Thilorier ad 80 atmosfere circa

la pressione che si esercitava contro le pareti. Tale pressione e sufficiente a liquefare il gas alia temperatura ordinaria, sicche presto entro il ci-

lindro si aveva una mescolanza di anidride carbonica con le sostanze che avevano servito a

svolgerla e col prodotto secondario della reazione, cioe col solfato di sodio. Per separare da tale mescolanza Tanidride carbonica, bisognava distil- larla e questo si faceva molto facilmente, stabi- lendo per mezzo d'un robusto tubo di rame t la

comunicazione tra il cilindro ed unaltro tubo cilindrico B, detto condensatore, simile, ma vuoto nel suo interno e circondato d'acqua fredda. I/anidride carbonica liquida vaporizzava per il calore sviluppato dalla reazione e giungendo nel con¬ densatore ritornava liquida.

Per fare uscire Panidride liquida, il Thilorier apriva per mezzo d'un apposito rubinetto la co¬ municazione tra il cilindro condensatore ed un

tubo che andava a sboccare entro una scatola sferica metallica. II liquido, entrando nella sca¬ tola, e trovandosi d'un tratto sotto la pressione d'una sola atmosfera, in parte vaporizzava rapidamente, sottraendo percio calore al resto che solidificava come Candida neve. Oggi s'impiega di preferenza, invece della scatola metallica del Thilorier, una borsa di flanella, in cui sbocca il

LA LIQUEFAZIONE DEI ECJC?-■ ^ ^10^,

getto liquido e die percio presto; si; Fidiltpi©; cjio anidride carbonica solida. La flandlla'; niegli'O deL metallo, difende la neve carbonica dal calore esterno. Questa e pessima conduttrice del calore e percio si conserva qualche tempo alFaria, mantenendosi ad una temperatura di — 78° circa. Forse sul pianeta Marte, sul pianeta die e la meta

di tanti sogni e di tante aspirazioni, per parte nostra die vorremmo stender la mano ad un'altra umanita, sul pianeta di cui la configurazione fisica e meglio conosciuta perche per la sua vicinanza e il piii preso di mira, e con maggior profitto, dagli osservatori astronomici, forse su Marte la neve

die ricopre le region! polari, distendendosi o ri- traendosi a seconda della stagione, e neve car¬ bonica e non — passi Tespressione — neve di acqua come la nostra. Cosi almeno vorrebbero alcuni, riflettendo die, se nella circolazione atmosferica di Marte ci fosse il vapor acqueo, come nella nostra atmosfera si avrebbero nebbie e nubi, cio die non si verifica invece sul terso e lucente

disco del rosso pianeta. Ma non intratteniamoci in una discussione die esce fuori dal nostro argomento, e dalla quale non si potrebbe venire ad una conclusione sicura.

§ 3. — Un altro apparecdiio per liquefare i gas fu ideato nel 1844 dal Natterer. L'apparecdiio

consiste in un tubo di ferro fuso M a pareti molto robuste, provato fino a 150 atmosfere e munito

J 10 :5iIQlfEl AZIONE DEI GAS E DELL'ARIA

nelk ^yarta- inferiore cTuna valvola A (v. fig. 8) ens si apie verso Finterno, nella parte superiore

d'unapertura d'efflusso V che si pub chiudere a

Fig. 8. Fig. 9.

vite. Questo recipiente si fa comunicare con una

pompa di compressione egualmente robusta, per mezzo della quale si pub comprimere nelFinterno

LA LIQUEFAZIONE DEI GAS, ECO. Ill

del tubo il gas. Con 3000 colpi di stantuffo si possono immettere nel cilindro 300 gr. di anidride earbonica, mentre un miseuglio frigorifero che esternamente lo eirconda, sottrae il calore sviluppato dalla compressione prima, dalla liquefazione poi. Non si ha che ad avvitare alhapertura

di efflusso C un robusto tubo di vetro con ghiera di ferro e poi ad allentare la vite, per fare uscire il liquido, che evapora in parte e in parte solidifica. La figura 9 mostra il complesso delFapparecchio del Natterer.

Questa neve earbonica che si mantiene, come

abbiamo detto, qualche tempo a — 78® e, lo si comprende bene, un eccellente refrigerante. Se poi la si mescola coll'etere, che la rende conduttrice, la temperatura del miseuglio pub giungere fino a — 90°, la quale e piii che sufficiente per congelare con prontezza il mercurio che viene

gettato su questo. L'esperienza si fa in generale cosi: Si pone in un bicchiere, col fondo rilevato nel mezzo, un po' di mercurio, che si dispone a mo' di anello intorno al centro del bicchiere, si immerge nel liquido un filo di ferro, e si versa sopra la miscela frigorifera di anidride earbonica solida ed etere: il mercurio gela e forma un anello metallico, argenteo, che si pub martellare sopra un'incudine fredda. Immergiamo Tanello nelFacqua: esso si liquefa, il mercurio cade in fondo al recipiente ed al suo posto si forma, ele-


gante e sorprendente sostituzione, un anello di ghiaccio! A mano a mano che il mercurio fon- deva, sottraeva calore aH'aequa circostante, onde questa solidificava, sostituendo punto per punto

Fargentino metallo. I/apparecehio del Natterer pud anche servire a liquefare il protossido di azoto (AÔ) o gas esilarante. II protossido d'azoto, detto anche ossido nitroso, perche e il meno os-

sigenato tra i vari composti delFazoto eolFossi- geno, ha il suo punto critico, secondo la determinazione fattane dalFJanssen, a -f- 36°,4 ed alia pressione di atmosfere 73,1; si comprende quindi come non presenti per la liquefazione difficolta maggiore delFanidride carbonica. II protossido di azoto pud restare liquido qualche tempo alia temperatura di — 105° che e la sua temperatura di ebullizione sotto la pressione atmosferica. Nel vuoto pneumatico la temperatura d'ebullizione pud scendere a — 140°.

II Berthelot (1) ided, circa dieci anni dopo, un apparecchio un po' diverso per liquefare i gas: una specie di termometro a mercurio, nel quale

lo spazio vuoto del cannello, sovrastante al li¬ quido, era pieno di gas da liquefare. Riscaldando anche poco il bulbo del termometro, il mercurio si dilatava e comprimeva fortemente il gas. II Berthelot liquefece eosi gas facilmente coercibili,

(1) A. Ch. 8a serie 1885, t. XXX, pag. 287.

LA LIQtlEFAZIONE DEI GAS, ECC. 113

come rammoniaca e Fanidride carbonica. Non riusci invece a liquefare il biossido di azoto, Tossido di carbonic e Y azoto.

§ 4. — Per liquefare questi gas, come Fanidride carbonica ed il protossido d'azoto, i quali hanno

una temperatura critica di poco superiore alia temperatura ordinaria e pei quali dunque non si rieliiede che una forte pressione, fu, nel 1882, inventato un apparecchio molto migliore e molto piii sicuro dal Cailletet. I/appareeehio consiste

essenzialmente in uno stantuffo manovrato per 10 piii a macchina, il quale e ricoperto superiormente d'uno strato di mercurio e si muove entro un cilindro resistentissimo. II gas e aspirato per

un tubo interrotto opportunamente da un rubinetto d'acciaio, cheautomaticamente apre e chiude la comunicazione. II gas che si accumula nel ci¬

lindro acquista in breve tempo una tension© sufficiente per aprire una valvola d' ebanite, passare al disopra, comprimersi in apposite serbatoio, uscire per un tubo e recarsi per mezzo d'un altro tubo

di rame nel recipient©, destinato a raccogliere 11 liquido. Questo recipient© e costituito da tanti tubi metallici riuniti in fasci e comunicanti tra

lore: conseguendosi con questa disposizione una

resistenza alia pressione interna molto maggiore che se si usasse un vaso unico dello stesso vo¬

lume. II gas inviato dalla pompa premente, si comprime o si liquefa in questi tubi e rimane

Alippi e Comanducci, La Uqucfazione, eec. 8


liquido finehe si vuole, poiche, permanendo sotto la forte pressione che lo ha liquefatto, non puo bollire e vaporizzare.

§ 5. — In questa maniera i gas venivano liquefatti per effetto della sola pressione, non usandosi

il miscugliofrigorifero

che per sottrarre ad essi il calore sviluppato dalla compressione e dalla liquefa-

zione. Ma il Faraday pensb di ricorrere insieme alia pressione

ed al raffreddamento, e I'esperienza gli dimostro che questo in

certo qual modo aiu-

tava quella, perche raffreddando forte-

mente il gas, esso si liquefaceva a pres-

Fig. io. sione minore. Egli

adotto questa disposi-

zione sperimentale. La campana della macchina pneumatica (V. fig. 10) era attraversata da un

robusto tubo AC, comunicante con un altro tubo di vetro, pure molto resistente, di maggior dia~ metro e curvato ad U, immerso nel miscuglio frigorifero di etere ed anidride carbonica solida.

LA LIQ UEFAZIONE DEI GAS, ECO. 115

II tube penetrava entro la campana attraversando una scatola B piena di stoppa e grasso, e tale disposizione permetteva di poter sollevare ed abbassare il tube per osservare randamento del gas, senza die aria entrasse neirinterno. Entro il tubo

ad U, nel quale, per mezzo del tubo adduttore AC, slnviava aria compressa fino a 50 atmosfere, da apposite pompe, era eontenuto un manometro formato, come mostra la figura, da un tubo di vetro capillare, chiuso ad un estremo ed aperto

all' altro, contenente una goccia di mercurio, la quale, limitando nel tubo una' colonnina di aria, funzionava rispetto a questa da stantuffo mobile, perche evidentemente la comprimeva

quanto piu neirinterno del tubo C aumentava la pressione. Completava rapparecchio un termometro ad alcool, immerso nella miscela frigorifera, il quale permetteva di misurare la tempe-

ratura, temperatura ehe poteva farsi diminuire

accelerando revaporazione del miscuglio eoirau- mentare la rarefazione deiraria. II Faraday (1) pote cosi liquefare tutti i gas allora conosciuti,

eccettuati i sei gas ehe abbiamo nominato piii addietro e die furono percio detti gas 'permanently ossigeno (0), azoto (AJ, idrogeno (H), ossido di

carbonio (CO), biossido di azoto (NO), idrogeno pro-

tocarbnrato (CHJ o gas delle paludi.

(1) Annales de Chimle et de Physique, 3a serie, torn. XV. pag. 257, 1845.


Ecco alcuni risultati, fra quelli ottenuti dal Faraday:

1.

Temp, di etilene anidride protossido acido liquefaz. gas olefacente carbonica d'azoto cloridrico

ClI" CO' N*0 HCl

Temp. crit. + 9,2 +30,9 +35,4 +51,5 Press, crit. atm.

— 8 7°, 2 s -73°,3 ^ — 56°,7 a „ — 40°,0 ■§.§ — 28°,9 S g —12°,2 — 10,1 cs 13

4°,4 =1

©

58 72 75 93 — 1,0 —

9,3 1,8 1,8 1,8 12,5 5,3 4,1 4,0 17,0 11,1 8,7 7,7 21,2 16,3 13,3 10,9 81,7 26,8 22,9 17,7 42,5 37,2 31,1 25,3

— . — — 30,7

II.

Temp, di anidride cianogene gas liquefazione solforosa ammoniaco

so2 CN NH3

Temp. crit. + 155,4 + 124 + 130 Press, crit. atm. 78,9 61,7 115

- 18°,0 = <» 0,7 1,2 2,5 oo,o -1 1,5 2,4 4,4

+ 4°,4 | o S3 1,8 . 2,8 5,0 + 32°, 0 J 75 4,3 6,2 11,0 + 38°,0 = 5,1 7,3 —

Dalle due tavole riportate risulta evidente come, quanto piii si abbassi la temperatura, al di sotto, s'intende, della critica, tanto piii diminuisca la pressione necessaria alia liquefazione del gas, come gia dicemmo a pag. 76. Per es., ranidride


solforosa, die alia teniperatura sua critiea di + 155°,4, ridiiederebbe la pressione (pressione

critica) di quasi 79 atmosfere, a + ^8° non ri- diiede piii die circa 5 atmosfere, a solo 4°,4 at¬ mosfere 1,8, a 0° unatmosfera e mezzo, a —18°,

nemmeno un'atmosfera di pressione. Queste pressioni esprimono appunto la tensione massima del vapore del liquido alia corrispondente tempera-

tura, o, in altre parole, queste temperature rap- presentano quelle a cui bolle il liquido ottenuto sotto la pressione corrispondente.

§ 6. — Ora e diiaro come tali gas sieno stati liquefatti facilmente, e come invece sia stato impossibile alia scienza, finche YAndrews non ebbe scoperta la temperatura critica, di liquefare gli altri sei piii sopra ricordati, ossigeno, azoto, idrogeno, ecc., ecc. Basta, per comprendere bene questa cosa, gettare un'occhiata sulla seguente

tabella, die da le temperature critiche dei gas liquefatti prima della scoperta dell'Andrews, e dei gas die fino allora si ritennero permanenti.

Temperatura critica: dei gas liquefatti prima della . . .. ..

scoperta dell'Andrews dei "tenuti permanenti Gas olefacente C'lT + 9°,2 Metano CHA— 99°,5 Anidride carb. CO2 + 30°,9 Ossido d'az. NO — 93°,5 Prot. d'azoto N20 + 35°,4 Ossigeno 0 — 118°,8 Acido cloridr. HCl -j- 51°,5 Ossid.di carb. CO —141°,1 Acido solfidr. ll2S -(- 100°,2 Azoto Az. — 146° Gas ammon. AT//3 -j- 130° Idrogeno H — 234°,5 Cioro 67 +141° Anidride solf. SO2 + 151°,4


Le temperature eritiche dei gas liquefatti dal Faraday e dagli altri fisici delFepoea, sono, come si vede, o dell'ordine della temperatura ordinaria o di molto superiori a questa, mentre le tempera¬ ture dei gas, ritenuti incoercibili, sono alcune vi-

eine a 100° sotto zero, altre inferiori e anche di molto inferiori a tale bassissima temperatura.

Dopo le classiche esperienze delFAndrews il

problema della liquefazione dei gas era teorica-

mente risoluto. Non si doveva piii che cercare le temperature critiche dei gas permanenti, raf- freddandoli fortemente, ed insieme comprimen-

doli; la strada era ormai indicata, ma restavano sempre grandissime difficolta pratiche.

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CAPO V.

La liquefazione dei gas

detti permanenti.

1° Liquefazione deirossigeno per opera del Pictet. — 2° Liquefazione dell'idrogeno. — 3° Analoghe esperienze del Cailletet. — 4 Apparecehio del Wroblewski e del Olzewski. — 5° Liquefazione deU'ossigeno e dell'azoto, per opera di questi. — 6° Liquefazione delLaria. — 7° Liquefazione dell'idrogeno.

§1. — Nell877 e nei primi giorni di gennaio del 1878, quasi contemporaneamente Raoul Pictet a Ginevra e Cailletet a Parigi riuseivano per primi a liquefare Tossigeno e Y idrogeno, con due metodi del tutto diversi. Descriveremo prima il

metodo del Pictet, quantunque cronologicamente questi riuscisse neirintento qualche settimana dope del Cailletet, perche non differisce essen-

zialmente dal metodo del Faraday, del quale ci siamo occupati fin'ora.

II Pictet, dunque, prese una storta di ferro fucinato L (v. fig. 11), della capacita di un litro, e avente lo pareti spesse circa 35 mm. affinche


potesse resistere alle forti pressioni cui doveva essere cimentata. Ad essa era avvitato un tubo di rame ilf, lungo circa quattro metri, e pur esso

robustissimo, avendo un diametro interne di 4 mm. e un diametro esterno di 15 mm. II tubo terminava con un manometro e con un

rubinetto (non segnati nella figura), ed era im¬ merse in un bagno d'anidride carbonica liquida, che preventivamente veniva raffreddata facendola passare entro tubi immersi neiranidride

solforosa liquida, vaporizzante nel vuoto. In tal modo la temperatura di questa era circa —60°,

e I'anidride carbonica liquida, cosi raffreddata,

vaporizzando pur essa nel vuoto attorno al tubo entro cui si comprimeva Fossigeno sviluppato nella storta, scendeva ad una temperatura che il Pictet, con un suo speciale termometro, valutb

tra — 130° e —140°. Un opportune sistema d

pompe produceva Tevaporazione dei due gas, e poi di nuovo li comprimeva in appositi serbatoi,

dai quali, liquefatti, tornavano nei tubi dove di nuovo vaporizzavano e cosi via di seguito. La fig. 11 mostra sehematieamente la disposizione

adottata dal Pictet. Nello spazio anulare JET, intorno al tubo Jf,

che comunica colla storta e nel quale si corn- prime percio Fossigeno, evapora anidride car¬ bonica liquida, a circa — 140°, perche la pompa E produce su di essa una buona rarefazione.

LA LIQUEFAZIONE DEI GAS, ECC.

L'anidride carbonica, aspirata dalla pompa E allo stato aeriforme, viene poi dalla pompa E compressa nel serbatoio /f, dove di nuovo ritorna

Fig, 11.

liquida e da dove poi, pel tubo k, ritorna nello spazio U, per ricominciare senza interruzione il suo ciclo. Ma come l'anidride carbonica torna liquida nel serbatoio K, se la pressione alia

122 LA LIQUEFAZIUNE LEI GAS E DELL'ARIA

quale e soggetta li dentro e solo di 5 atmosfere ? Questo serbatoio e mantenuto a circa — 60° perche evapora, per effetto della terza pompa A, Tanidride solforosa liquida, la quale compie un ciclo perfettamente analogo a quello deiranidride carbonica. Infatti dalla pompa B e di

nuovo compressa ed inviata sotto circa 3 atmo¬ sfere di pressione nel condensatoreD, dove ritorna liquida, perche una corrente d'acqua lo mantiene a meno di 25°, e da dove poi, pel tubo d, torna ad evaporare nel serbatoio C.

Insomma le stesse quantita d'anidride solforosa e di anidride carbonica erano sempre in giuoco, ma alternatamente liquide ed aeriformi per opera

delle pompe, e quella serviva a liquefare questa, come questa a liquefare Tossigeno.

Nella storta il Pictet poneva 70 grammi di

clorato di potassio, mescolato a 300 grammi di cloruro di potassio, quindi faceva funzionare le

pompe. Dopo due o tre ore dacche queste avevano stabilito la circolazione delle anidridi sol¬ forosa e carbonica negli appositi tubi, il termometro segnava circa —130° nel tubo circondante il tubo di rame della storta. Allora Tesperimen-

tatore accendeva i becchi a gas circondanti questa ed il clorato di potassio si decomponeva secondo la nota reazione:

2KCl(P = 2KCI + 302

LA LIQUEFAZIONE DEI GAS, EOC. 323

Un manometro, opportunamente disposto, co-

nmnicando col tubo entro cui si comprimeva I'ossigeno, segnava una pressione via via crescente quanto piii progrediva la decomposizione del clorato di potassio. La pressione sail cosi fino a 525 atmosfere, poi scemo alquanto e si arresto a 470 atmosfere. La costanza della pressione indicava ehe la liquefazione si stava compiendo. II Pictet giro allora la grossa chiave a vite che terminava il tubo, ed un getto di ossigeno lungo 10 cm. e grosso 2 cm. eruppe sotto forma di un bianco pennacchio soffuso da un'aureola turchiniccia, nel quale v'erano certamente, come si poteva desumere dalle proprieta ottiche del

getto, particelle di ossigeno reso solido dalla rapida evaporazione. II Pictet, conoscendo il peso delFossigeno svolto dal clorato di potassio, ed il piii piccolo volume che Possigeno liquido aveva assunto, calcolo a 0,9787 la densita di questo, alia temperatura di — 110° ed alia pressione di 470 atmosfere, densita di poco inferiore, come si vede, a quella dell'acqua.

§ 2. — Liquefatto Possigeno, Pictet s'accinse a

liquefare Pidrogeno. Per questo occorreva abbassare ancora piii la temperatura, onde il Pictet sostitui, intorno al tubo dove il gas doveva con- densarsi, Panidride carbonica liquida col protos-

sido d'azoto, che nel vuoto, come abbiamo detto, bolle a —140°. Per sviluppare Pidrogeno il

124 LA LIQUEFAZIOKE DEI GAS E DELL'ARIA

Pictet poneva nella storta un miscuglio di for- miato di potassio (.H.COOK) e di potassa caustica, che si decomponeva per Fazione del calore secondo Tecjuazione:

H.COOK -f KOH = K2COz + W

sviluppando idrogeno, mentre nella storta rimaneva carbonate neutro di potassio. Secondo il Pictet,

questo gas si sarebbe liquefatto a — 140° e sotto la pressione di 650 atm., e sarebbe stato anche solidificato nel seguente modo. I/esperimentatore girando il rubinetto del tubo condensatore, apri Puscita al gas, che, effluendo con violenza, vaporizzava in parte per effetto deirenorme salto di pressione, da 650 atmosfere alia ordinaria pres¬ sione atmosferica. II Pictet ottenne cosi un getto

opaco, d'un grigio acciaio, che, toccando il suolo, produceva un crepitio, come se contenesse nel

suo interno pallini di piombo. Ma v'ha chi crede

che il Pictet, su questo punto, siasi ingannato, perche i risultati ottenuti di poi da altri sperimentatori sono diversi. Per es., mentre dall'espe-

rienza del Pictet risultava, diremmo quasi consa- crata, la natura metallica dell'idrogeno, che cosi sarebbe stato Punico metallo gazoso alPordi- naria temperatura, il Dewar, come vedremo in-, nanzi, nel 1898 otteneva Pidrogeno solido sotto

un aspetto tutto differente, quale vetro traspa-

LA. LIQUEFAZTONE DEI GAS, ECC. 125

rente, biancastro, eon earatteri, insomma, piii

di metalloide ehe di metallo. Bisogna anche osservare che nelle esperienze del Pictet, Tidro- geno non poteva liquefarsi nelP interno del tubo, percke vi si trovava a — 140°, nientre la sua temperatura eritica, come venne stabilito piii

tardi dall'Olzewski, e quasi di 100° aneora piii bassa; ma si liquefaceva useendo, percke si raf- freddavaal disotto di —140° sia pel lavoro esterno

eke doveva fare, sia per la rapidissima espansione. Probabilmente il raflfreddamento era tale ckeparte

del getto scendeva a temperatura ancke piii bassa della critica, accostandosi a quei 16° assoluti che

segnano la temperatura a cui il leggerissimo idrogeno diventa solido.

Comunque a Raoul Pictet resta il merito di

avere per primo liquefatto in massa relativamente grande Y idrogeno, con difficili ed ardite esperienze, Tesito delle quali egli s'affrettb a comunicare al Dumas, segretario perpetuo delPAcca- demia delle Scienze a Parigi, col seguente tele- gramma:

" Idrogeno liquefatto ieri (10 gennaio 1878) a 650 atmosfere e a 140° di freddo, solidificato per evaporazione: getto colante grigio d'acciaio,

intermittente, violenta proiezione di granelli sul suolo con rumore stridente assai caratteristico :

idrogeno solido conservato pareccki minuti entro tubo


§ 3. — Qualehe settimana prima il Cailletet nel suo laboratorio a Chatillon-sur-Seine presso Pa- rigi era riuscito a vedere la nebbia dell'ossigeno

e delFidrogeno, usando un metodo d'una grande semplieita. Egli comprimeva fortemente, per mezzo d'un torchio idraulico, il gas, poi bruscamente

faeeva scendere la pressione ad una sola atmo-

sfera: il gas espandendosi airimprovviso, si raffreddava al disotto della sua temperatura critiea,

e passava allo stato di nebbia, eioe si conden- sava. Yale la pena di entrare in qualehe particolare su questo metodo del Cailletet. La prima idea di rieorrere ad una rapida decompressione del gas compresso per liquefarlo, venne al Cail¬ letet da un'osservazione che aveva fatta oecu-

pandosi della liquefazione delFaeetilene. Egli avea constatato che, quando la pressione era di poeo inferiore a quella riehiesta per la liquefazione, un'improvvisa diminuzione di quella affrettava

questa.

Noi gia sappiamo come cio si spieghi. II Cailletet usb una pressa idraulica A, comuni-

cante (v. fig. 12) per mezzo d' un tubo capillare

d' acciaio resistentissimo e pieno d'acqua, con una cavita scavata in un blocco pure d'acciaio,

B, chiuso in alto da una placca avvitata e forata. Al foro era fermato con mastice un apposito tubo di vetro, della forma rappresentata in figura e dentro esso si trovava un tubo T di vetro,


quasi capillare, chiuso in cima (P) e saldato in basso ad un serbatoio piii grande T, pure

Fig. 12.

di vetro rieurvo ad uncino alFestremita inferiore ed aperto.


II Cailletet riempiva prim a quest/apparecchio,

che chiameremo condensatore, con mercuric; faceva arrivare nella parte superiore b a, il gas da cimentare, e poi collocava il condensatore nelFapparecchio di compressione, come mostra

•ZSLslojuu

Fig, 13.

la figura 12. II tubo capillare era circondato d'acqua fredda contenuta nel tubo piu grande M, ed entrambi erano racchiusi entro una campana G. La pressione del torchio si trasmetteva attraverso Tacqua del tubo d'acciaio a questo apparecchio,


ed esercitandosi anche sul mercuric, lo faceva salire entro il serbatoio (v. fig. 13), comprimendo il gas da cimentare.

La pressione poteva esercitarsi poi per mezzo di un grande volante li, ehe comandava il gambo a vite dello stantuffo della pressa idraulica, e poteva salire fino a 500 atmosfere. Dei manometri N, N' — comunicanti per mezzo di forti tubi d'acciaio a spirale col torchio — indicavano la pressione raggiunta. Questa, essendo il tubo completamente immerso nelFacqua, si esercitava evidentemente sulle pareti interne e sulle pareti esterne, sicche non occorreva che il vetro fosse molto spesso per resistere ad essa.

II Cailletet liquefece con questo appareccbio Tanidride carbonica, che ha una temperatura critica, come sappiamo, di 31° e Tacetilene. Per liquefare i gas detti permanenti, come Tossi- geno, il biossido d'azoto, Tossido di carbonio, ecc. non basto la compressione anche spinta fino a 500 atmosfere, perche, trovandosi essi nel tubo a

circa 0°, erano a temperatura molto piu alta della loro temperatura critica. II Cailletet, dopo aver

atteso che il calore sviluppato dalla compres¬ sione si fosse disperso nel miscuglio frigorifero che circondava il tubo, apri rapidamente il rubinetto a vite O del torchio idraulico (v. fig. 13),

producendo cosi una brusca ed istantanea decompressione. II gas, espandendosi d'un subito, si

Alippi e Comanducci, La Uqnefazione, ecc. 9


raffreddava fortemente, forse di 200° circa, come si pub calcolare in base alia formula del Poisson, certo tanto da giungere al disotto della sua temperatura critica, perche nelP interne del tubo condensatore si formava una nebbia dovuta a goccioline di gas liquido alle quali forse erano commiste particelle solide.

Ma il fenomeno era fuggevolissimo, che la pressione diminuiva rapidamente, cosi da diventare in pochi istanti insufficiente a mantenere liquido il gas, il quale d'altra parte si riscaldava pel contatto colle pareti del tubo, che si trovavano a temperatura relativamente molto piii elevata. II diminuire rapido della pressione e il progres- sivo salire della temperatura cospiravano dunque per cambiare in pochi momenti lo stato del gas, sicche il Cailletet dovette contentarsi di osservare la nebbia dei cosi detti gas permanenti.

Comunque, il problema della liquefazione dei

gas era anch'esso risolto, per tutti, nessuno escluso, ma non era possibile raccogliere e conservare per qualche tempo il liquido ottenuto

al fine di istituire delle esperienze, che fino d'allora promettevano di riuscire interessantissime.

Gli studi posteriori mirarono dunque a trovare metodi piii pratici per ottenere, con relativa facilita e in quantita rilevanti, liquidi i cosi detti gas permanenti, e per poterli conservare per qualche tempo.

LA LIÛEFAZIONE DEI GAS, ECC. 131

§ 4. — Due seienziati russi, Wroblewski e Olzewski, elie avevano assistito alle belle esperienze del Cailletet, tentarono, modifieando al-

quanto i metodi fino allora seguiti, di nuovo la liquefazione del gas e giunsero nel 1883 ad ot-

tenere Fossigeno liquido e a conservarlo tale per un quarto d'ora, e nel 1885 a liquefare Faria at mosferica.

II Wroblewski sostitui, per operare il raffreddamento del gas, Fanidride carbonica liquida, col- Yetilene liquida. h'etilene (C^JT4) o gas olefacente e un idrocarburo, di odore etereo, poco piii leggiero delFaria (d. 0,969), che insieme con altri idrocarburi, fra cui il metano e Facetilene, costituisce il gas illuminante, in cui entra, presso a a poco, nella proporzione del 720/0. L'etilene era preparato dal Wroblewski scaldando, in un

pallone di vetro, della capacita di 5 o 6 litri, gr. 400 di alcool insieme con due chilogrammi d'acido solforico, e 15 o 20 grammi di vaselina, che non serve se non a rendere piii regolare e

tranquilla Foperazione. I/acido solforico, che e, come e noto, avidissimo d'aequa, toglie all'alcool

C2HQ0, gli elementi di questa, sicche rimane (C2EG0 — H20 = C2iT4) etilene, che si svolge dal tubo d'efflusso.

L'etilene e facilmente coercibile, avendo, secondo Dewar, la sua temperatura critica a 10° e la sua pressione critica a 51 atm.

132 LA LIQVEFAZIOXE DEI GAS E DELL'ATUA

Ridotto liquido, bolle a — 103°,5 sotto la pressione atmosferica e a — 131° sotto la pressione di 3 cm. di mercurio, eioe sotto una pressione

eguale presso a poco ad della pressione or-

dinaria. A pressione pin bassa la sua temperatura d'ebullizione scende a circa —150°. I/etilene

liquido, dunque, doveva servire molto bene per ottenere le bassissime temperature necessarie alia liquefazione dei gas. La disposizione adottata per avere una grande quantita d'etilene liquido, in modo pratico e semplice era presso a poco questa: II gas, ottenuto nel modo che si e detto, lavato in una lisciva di soda, raccolto in un gazometro, disseccato facendolo gorgogliare attraverso Ta-

cido solforico, veniva compresso finalmente in bottiglie di acciaio simili a quella, descritta in addietro (pag. Ill), del Natterer.

Una di queste bottiglie, messa verticalmente colForificio in basso, si faceva comunicare con un serpentino di rame, di 3 a 4 millimetri di dia-

metro, immerso nel solito miscuglio frigorifero di anidride carbonica ed etere. Aprendo poi il rubinetto alFaltra estremita del serpentino, effluiva Fetilene liquido.

Vediamo ora la disposizione adottata dal Wro- blewski per liquefare i gas. Egli si preparava prima due o tre recipienti cilindrici di ferro, ciascuno della capacita di 600 cm3, e provati a 150 atmosfere. Ogni recipiente era munito in


fondo d'una chiavetta a vite, simile a quella del- rapparecchio rappresentato dalla fig. 8 a pag. 110. In essi veniva raccolto e compresso il gas da eiinentare insieme con pezzetti di eloruro di calcio

e di potassa caustica, destinati, il primo, perche eminenteinente igrofilo, a disseccare il gas; Faltra a privarlo delTanidride carbonica, perche si com- bina con essa passando a carbonato di potassio. Dopo alcune ore dacche il gas era rinchiuso nel recipiente, depurato e disseccato, era pronto per la liquefazione, la qnale si compiva nelhapparecchio rappresentato schematicamente dalla fig. 14, apparecchio che costituisce la parte piii importante e piii originale dell' invenzione dello scienziato russo. Vediamo di comprendere come esso funzioni.

Un tubo adduttore m porta il gas dal recipiente ove e compresso, ad un tubo di vetro A, lungo circa 45 cm., col diametro interno di 15 mm. e colle pareti grosse 4 mm.; capace di resistere alia pressione di 60 atmosfere. Questo tubo, che chiarneremo di liquefazione, perche in esso il gas si ridurra liquido, e chiuso in basso, e la sua bocca e ermeticamente chiusa da un tappo £, a forma di

cono tronco, attraversato e dal tubo adduttore m, di cui si e detto sopra, e dall'apparato speciale

termometrico g costituito da una coppia termoelettrica di rame e argentana. Questo tubo e si¬ tuate entro un secondo tubo B, piii grande, chiuso

134 LA LIQUEFAZIONE LEI GAS E DELL'ARIA

in alto anch'esso ermeticamente da un tappo tf,

attraversato dal tubo di liquefazione e da un cannello n pel quale penetra Tetilene liquido, che scola dal serpentino S\ Poco al disotto del tappo, il tubo B e munito d'un foro a, di cui vedremo dopo Tufficio. A sua volta il tubo B e compreso entro un terzo tubo C, lungo mezzo metro circa, largo 5 o 6 cm. e spesso 2 mm., che ha in eo- mune col tubo B la chiusura ermetica superiore.

In basso e pure ermeticamente chiuso da un tappo attraversato dal cannello p d'una pompa aspirante e da una verghetta R, che, per mezzo

d'un cuscinetto di gomma, sostiene il fondo del tubo B.

Ecco ora il modo semplicissimo di funzionare delFapparecehio.

§ 5. — Prima di tutto esso vieneper unatrentina di volte riempito e vuotato alternatamente d'aria secca che si fa entrare pel tubo P. Dopo questa operazione preliminare, si fa scendere cautamente delFetilene liquido dal serpentino S, nel tubo C, dove si raccoglie in fondo, e si sospende Taf- flusso quando il liquido ha raggiunta Faltezza di circa 25 cm. Intanto si mantiene il tubo p in comunicazione coll' atmosfera. Sospeso I'af- flusso dell'etilene nel tubo (7, si fa comunicare p colla pompa aspirante, che abbassa la pressione nell' interno dell' apparecchio, da un'atmosfera

ad -V di atmosfera. /b

Fig. 14.


In queste condizioni Tetilene evapora rapida-

mente, abbassando la temperatura fino a — 152°, come attesta Tapparecchio termometrico g, cioe fino ad una temperatura inferiore alia tempera¬ tura critica dell'ossigeno, dell'azoto, delFaria, ecc.

Allora si lascia entrare, pel tubo adduttore m, il gas dal recipiente ov'e compresso a 40 atmosfere. Se esso e Fossigeno, poiche viene improv-

visamente a trovarsi a temperatura inferiore alia critica (— 118°,8), si liquefa immediatamente.

Altrettanto avviene per Taria, di cui la tempe¬ ratura critica e—140°. Se per Taumentato vo¬ lume del gas la diminuita pressione non fosse sufficiente a liquefarlo, si fa prontamente comunicare il tubo adduttore m con un altro reci¬

piente dove il gas da liquefare si trova com¬ presso a piu alta pressione.

II Wroblewski ottenne cosi una colonna liquida,

d'ossigeno, d'azoto, o d'aria, alta 10 o 12 cm., che permaneva qualche tempo, perche mantenuta fredda dalla camicia di vapore d'etilene, circondante il tubo. Volendo poi osservare il liquido

sotto la pressione atmosferica, parrebbe a prima vista che non ci fosse altro da fare che chiudere la comunicazione del tubo m col recipiente e aprirne un'altra coll'aria atmosferica: ma, se cosi si facesse, il liquido vaporizzerebbe tutto e rapidamente, perche il suo punto d'ebullizione,

sotto la pressione atmosferica e piu basso di


pareccliie decine di gradi alia temperatura d'e- bullizione corrispondente alia pressione sotto eui si trova quando comunica col recipiente invece die coH'aria. Per es., Tossigeno sotto la pressione di 50 atmosfere bolle a circa —119°, cioe 33° al disopra della temperatura

(—152°), a cui bolle, sotto la pressione di -^r

di atmosfera, Fetilene che si trova nel tubo B. Pertanto, finche Fossigeno liquido rimane sotto

la pressione di 40 o 50 atmosfere, pub conser- varsi tale, perche raffreddato tutto alFintorno dall'etilene piii freddo. Ma, se la pressione, cui Fossigeno e sottoposto nel tubo A, si abbassa ad un'atmosfera, il suo punto di ebullizione scende presso a poco a — 180 (precisamente a —181,5 sotto la pressione di 74 cm. di mercurio), quindi Fetilene liquido, che dovrebbe raffreddarlo, compie ora Fufficio opposto, perche, essendo a —152°, e circa 30° piu caldo.

Se, adunque, si aprisse senz'altro la comunicazione del tubo di liquefazione colF atmosfera, Fossigeno liquido entrerebbe in rapida e tumultuosa ebullizione ed in un attimo ritornerebbe gazoso. Avverrebbe, presso a poco, quello che av-

verrebbe se si aprissero improvvisamente le valvole della caldaia di una macchina a vapore, dove Facqua bolle a 180° sotto la pressione di dieci atmosfere; il liquido, trovandosi ad un tratto sotto la pressione di una sola atmosfera,


sarebbe di circa 80 gradi piii caldo di quello che sia necessario perche sotto tale pressione bolla; onde si convertirebbe istantaneamente e frago- rosamente in vapore, mettendo forse a repen- taglio la caldaia.

Pertanto, allo scope di poter studiare Tossi- geno sotto la pressione atmosferica, il Wroblewski adotto una disposizione sperimentale molto semplice, che e, si pub dire, la ripetizione di quella adottata per mantenere liquido Tossigeno nel tubo di liquefazione, quando Fossigeno e sotto pres¬ sione. Se il vapore d'etilene liquido, bollente,

sotto la pressione atmosferica, e troppo caldo perquesto scopo, ricorriamo,pens6 il Wroblewski, al vapore dello stesso ossigeno. Come Tetilene

bollente sotto I'aria rarefatta del tubo B mantiene Fossigeno liquido nel tubo A, cosi Fos¬ sigeno liquido del tubo A, vaporizzando subito a — 180° sotto la pressione atmosferica, pub man¬ tenere liquida una minore quantita di ossigeno contenuto in un altro tubetto (non disegnato in

figura) che sia sospeso entro il tubo A. Tra questo e il tubetto si forma dunque una camicia di va¬ pore d'ossigeno che, per circa un quarto d'ora, mantiene sufficientemente freddo, e percib liquido, Fossigeno del tubetto, e non soltanto sotto la pres¬ sione atmosferica, ma anche nel vuoto che pub farsi nel tubo A, per mezzo d'una apposita pompa comunicante con m.


Riepilogando, il Wroblewski pote cosi studiare Tossigeno sotto la pressione di 40 o 50 atmo-

sfere, sotto la pressione d'una sola atmosfera, e finalmente nel vuoto pneumatieo. La pressione era indieata da un manometro M comunicante con m (v. figura 14), la temperatura dell'appa- reccliio termoelettrico g, che abbiamo gia in- dicato.

Ecco i risultati ottenuti dal valente sperimen- tatore per Tossigeno:

sotto 74 cm. di mercurio — 181°,5 2 cm. di „ — 200°,4.

Per Fazoto si pub ripetere tutto quello che e stato detto per Tossigeno, perche assai piccola e la differenza tra le loro temperature d'ebullizione. Ecco i risultati sperimentali trovati dal

Wroblewski:

Ossigeno: Punti critici temp. — 118° press. 50 atm.

punto d'ebullizione deH'ossigeno liquido:

Punti critici ( temp. ( press.

— 145° 33,6 atm.

punto d'ebullizione dell'azoto liquido:

sotto 74 cm. di mercurio: —190°.


Per cogliere il punto critico il Wroblewski aumentava o diminuiva la pressione e eosi com- pariva o seompariva il menisco che separava il liquido dal suo vapore.

I/azoto poi fu anehe solidificato. 11 Wroblewski, dopo averlo studiato allo stato liquido sotto la pressione atmosferica, eomincio a rarefare, come aveva fatto per Tossigeno, 1'aria nel tubo A,

accelerando cosi la vaporizzazione e percio abbassando la temperatura. Quando il manometro giunse a segnare una pressione di 9 cm., pari a

quasidi atmosfera,,ed il termometro — 199° o Pazoto divento solido, assumendo Fapparenza di cristalli simili a neve, ma molto grandi.

II Wroblewski determinb anche la densita dei

liquidi ottenuti, confrontando un dato volume di gas liquefatto col volume, che, tornando aeriforme, occupava nelle condizioni ordinarie e trovo per Possigeno d. = 0,64 a — 118° e d. = 1,24 a — 200° e sotto la pressione di 2 cm. di mercurio;

s' intende, prendendo come unita la densita del- Facqua. A1 punto critico, dunque, Fossigeno ha un peso specifico minore delFacqua; presso a poco, volendo fare un paragone, e denso quanto la gazolina; a — 181°,5 e invece un poco piii denso delFacqua, avendo una densita di poco superiore a quella del comune acido cloridrico.

L'Olzewski trovo per i punti critici e per i

LA LIQUEKAZIONE DEI GAS, ECC. 141

punti di ebullizione dei gaz prima ritenuti permanenti, valori alquanto diversi, che qui ripor- tiamo:

P.to d'ebulliz. Punto Punti critici sotto la press, di solidificazione

Temp. Press. di 1 atm. Temp. Press.

Ossigeno — 118,8 50,8 — 181,4 — — Ossido di carb. — 189,5 85,5 — 190 — 207 10 Azoto — 146 85 — 194,4 — 214 6 Aria — 140 89 — 191,4 — —

§ 6. — Liquefatto rossigeno e Tazoto, collo stesso appareechio il Wroblewski liquefece Faria, e le sue esperienze dimostrarono tra le altre cose cio che gia si sapeva : essere cioe Faria un miscuglio di ossigeno e di azoto. Per comprenderlo bene e opportuno ricordare quanto avviene nella distillazione deimiscugli di liquidi diversi, per es. del vino che e formato, oltre che di sali, eteri, sostanze coloranti, principalmente di acqua e di alcool in proporzioni variabili. Mentre Facqua bolle a 100°, Falcool bolle a 78°; il vino bolle a tempe-

ratura inferiore a 100° e superiore ad 80°. E la ragione si comprende faeilmente, ricordando le leggi delFebullizione: un liquido bolle quando la

forza elastica (o tensione) del suo vapore) la quale aumenta colla temperatura} b capace di vincere la

pressione sovrastante. Per Facqua, sotto Fordinaria pressione atmosferica, questo avviene a 100° C., perche a tale temperatura il suo vapore ha la

142 LA LIQUEFAZION! DEI GAS E DELL'ARIA

tensione (Tiin'atmosfera; per Faleool a 78°. Se dunque si risealda un miscuglio di questi due liquidi, si svolgera un miscuglio dei due vapori, il quale avra naturalmente una tensione compresa tra le due tensioni. Quando, aumentando latempe- ratura del liquido, la tensione del miscuglio gazoso giungera ad eguagliare quella dell'atmosfera, cib die avverra dopo 78° e prima di 100°, il vino entrera in ebullizione. Da principio il vapore sara assai piu ricco di alcool die di acqua, poi andra via via impoverendosi di alcool, finche non va- porizzera piii die acqua. Naturalmente il punto d'ebullizione andra salendo,fino ad arrivare a 100° quando nel recipiente sara rimasta acqua sola (1).

E noto che con questo processo, della distil-

lazione frazionata, si separa I'alcool dal vino, con- densando in un refrigerante il vapore che si svolge durante I'ebullizione, ed arrestando il pro¬

cesso di distillazione, quando circa del volume

del liquido sia vaporizzato. Qualche cosa d'analogo avviene quando bolle

aria liquida. Poiche Tossigeno bolle a —183° e Fazoto a —194°, quel miscuglio di questi due

(1) Per I'esattezza deve notarsi che questo di rigore non avverra mai pel vino, perche, come abbiamo detto, esso non e un semplice miscuglio di acqua e alcool, contenendo altre sostanze.

LA LIQVEFAZIONE I>EI GAS, ECC. 143

gas, ehe e I'aria, bollira ad una temperatura compresa tra queste. II Wroblewski la trovo di—191° C. II vapor d'aria sara evidentemente piu ricco di azoto ehe di ossigeno, perclie quello bolle a tem¬ peratura piu bassa e pero e piu volatile. L'a-

zoto sarebbe, volendo, per spiegarsi meglio, fare un paragone, quello ehe e nel vino il volatile alcool,mentrerossigeno rappresenterebbe Faequa.

II Wroblewski eonstato difatti che il punto d'e- bullizione dell'aria non si mantiene a — 191°, ma va salendo fino a — 187°, e ne inferi, cosa che fu eonfermata poi piii tardi, quando si poterono preparare e conservare grandi quantita d'aria liquida, che questa va diventando piii ricca d'ossigeno e piii povera d'azoto. Se potesse restare soltanto ossigeno, il punto di ebullizione giungerebbe a — 183°. Ne segue ancora che sara variabile la densita dell'aria liquida, perche variabile e la sua composizione, per la facilita con cui vaporizza 1'azoto, sicche difficile e avere il liquido di composizione eguale alia composizione

dell'atmosfera. II Wroblewski determinb la den¬ sita per le condizioni prossime al punto critico e la trovo, a — 146° C ed alia pressione di 45 atmosfere, eguale a 0,6. I/aria liquida e densa dunque quasi la meta dell'aequa, ma un pochino di piii.

Non rimaneva a liquefare che Fidrogeno, ma la temperatura critica di questo gas e troppo

144 LA LIQrEFAZIONE DEI GAS E DELL'ARIA

bassa (—234°,5) perche potesse essere raggiunta semplicemente coi metodi seguiti dal Wroblewski e daH'Olzewski, anche facendo bollire nel vuoto intorno al tubo di liquefazione Tossigeno e Ta- zoto liquidi, con ehe si ottiene, come abbiamo detto, la temperatura di circa — 200°. Si dovette pertanto aggiungere Teffetto d'una rapida decompressione e cio fecero, indipendentemente Tuno

dalFaltro, i due fisici: FOlzewski, comprimendo il gas a 190 atmosfere mentre lo manteneva a circa —198° in un bagno di ossigeno bollente nel vuoto pneumatieo, e poi facendolo espandere repentinamente: il Wroblewski usandoinvece azoto liquido bollente nel vuoto. Quello osservo una ra¬ pida ebullizione e proiezione di goccioline incolore verso Falto del tubo: questi osservo invece

una schiuma grigia, ma non pote scorgere goc¬ cioline.

Le nuove esperienze sulla liquefazione dell'i- drogeno non rappresentavano dunque un grande progresso su quelle anteriori di otto o nove anni del Cailletet e del Pictet, perche nemmeno il Wroblewski e FOlzewski riuscirono ad ottenere per questo gas, a differenza che per gli altri, un menisco liquido permanente. II fenomeno rimaneva sempre troppo rapidamente fuggevole per dare modo di farvi su osservazioni sicure; le molecole delFidrogeno, appena appena imprigionate nei vincoli delle mutue attrazioni dalFimprov-

LA LIQUEFAZIONE Bfil GAS, ECO. 145

vise abbassarsi della temperatura per effetto della subitanea evaporazione, prontamente si svincola- vano riprendendo tutta intiera la liberta dello stato aeriforme. Si ottenne insomma fuggevol- niente Tidrogeno liquido, solo permettendogli di ritornare nello stesso momento gazoso.

Ai'H'i'i K Comanducci, La Uqmfazionc, ecc. 10

CAPO VI.

La liquefazione delFaria.

1° Principio della macchina Linde. — 2° Prima idea della - macchina Linde. — 3° Descrizione della prima mac-

china Linde. — 4° Macchina Linde per laboratorio. — 5° Liquefattore Hampson.

§ 1. — Yerso i primi di giugno del 1895 Tinge-

gnere bavarese Linde aveva condotta a termine la costruzione d'una macchina eolla quale, valendosi d'un processo tutto nuovo, riusciva a liquefare con relativa faeilita Taria. II principio, sagace-

mente applicato dal Linde, noi Tabbiamo gia

esposto a pag. 101; quando V aria si espande senza fare lavoro esterno, alia temperatura di 0° C.

si raffredda di circa ~ di grado per ogni atmo-

sfera di cui la pressione discenda. Parrebbe dunque, cosx alPingrosso, che bastasse comprimere I'aria di un numero d'atmosfere quadruple del numero dei gradi di cui la temperatura di liquefazione dell'aria, sotto la pressione atmosferica ordinaria,

LA HQUEFAZIONE DELL'AMA 147

e inferiore alia temperatura delFaria stessa nel moinento dell'esperienza e poi lasciarla espan-

dere improvvisamente. Poiche I'aria liquida bolle a — 190° sotto la pressione ordinaria, la tem¬

peratura di — 190° e anehe quella in cui I'aria

si liquefa sotto la pressione ordinaria. Suppo- nendo dunque I'aria a 0° nel momento in cui

e presa per Tesperienza, converrebbe comprimerla sotto la pressione di

190° X 4 = 760 atmosfere,

o, diciamo pure, di 800 atmosfere tenendo conto anche delle inevitabili perdite. Questa pressione e 'enorme, percio sarebbe difficile costruire apparecchi che ad essa resistessero, e questi sa-

rebbero sempre grandemente costosi e pericolosi. II Linde penso di risolvere la difficolta comprimendo una certa quantita d'aria sotto una di-

screta pressione, per ottenere un primo raffreddamento con una subitanea espansione. Quest'aria gia raffreddata, serve a raffreddare una seconda quantita d'aria, nello stesso modo compressa, la quale percio scende, espandendosi, a tempe¬

ratura piii bassa della prima, che,' ripresa dal-

I'apparecchio, viene a sua volta vieppiu raffred¬ data dalla seconda. II giuoco, sulla stessa quan¬ tita d'aria, seguita cosi finche, accumulandosi gli

effetti dei successivi raffreddamenti, I'aria scende sotto la temperatura critica e si liquefa; mala


preparazione del liquido non si arresta, perche nel frattempo nuova aria e stata presa dall'atmosfera per sostituire quella liquefatta.

§ 2. — La macchina del Linde, dunque, nella sua forma piu semplice e piii sehematiea, deve constare:

1° d'una pompa ehe eomprima Faria entro un tubo K, producendo cosl una corrente d'aria compressa, che chiameremo A;

2° d'un secondo tubo concentrico al primo,

entro il quale passi la corrente d'aria, proveniente dal tubo interno,, dopo F espansione attraverso ad un'opportuna valvola regolatrice F'.

Questa corrente d'aria espansa che corre nell'in- tercapedine tra i due tubi e la controcorrente B la quale raffredda la nuova corrente A che percorre in quell'istante il tubo interno;

3° d'un'opportuna valvola F", che permetta alFaria liquida di effluire dal tubo, a mano a mano che si produce;

4° d'una valvola F attraverso la quale entri Faria esterna nelFapparecchio per supplire a quella che ne e uscita allo stato liquido;

5° d'una pompa che mantenga in circolazione Faria ne' tubi dell'apparecchio sotto la voluta pressione.

Nella sua piii semplice espressione la macchina del Linde pub essere rappresentata schematicamente, a scopo dimostrativo nella fig. 15. In essa

LA LIQUEFAZIONE DELL'ARIA 149

Fig. 15.


si vede la pompa, la quale aspira Taria dal tubo H, dove e immessa, attraverso la valvola V, gia compressa a 5 atmosfere, e la eomprime a 22 atmosfere nel tubo K. Per sottrarle il calore sviluppato dalla compressione, il tubo K attraversa il refrigerante che e una cassetta, ove eircola, continuamente rinnovandosi, acquafredda. I/aria compressa e poi spinta nel tubo A, donde

erompe con violenza, per una valvola regolatrice F, nel tubo esterno 5, scendendo improvvisamente a 6 atmosfere e raffreddandosi cosi di

(22 — 5) -j = circa 4°.

QuesParia, cosi raffreddata, costituisce la controcorrente B, che raffredda la nuova aria che

le tien dietro nel tubo interno A, la quale, pertanto, espandendosi, attraverso la valvola V, si raffreddera piii di quanto si era raffreddata la

prima corrente. La controcorrente B e, come si

vede, ripresa dalla pompa, di nuovo compressa in K, di nuovo spinta nel tubo A, di nuovo fatta espandere in F, dopo essere stata raffreddata ancora un poco dalla controcorrente B. II giuoco sulla stessa quantita d'aria continua cosi, finche questa non si sia raffreddata al punto da ridursi liquida: allora scende nel recipiente if, di costruzione speciale, come poi vedremo. Ma, finche la pompa agisce, la macchina non s'arresta: per la


valvola F, Taria, tepida, incolora, leggiera, im- palpabile, entra senza interruzione, mentre dalla valvola Y" fluisce mi liquido terribilmente freddo

e d'un bel colore turcliiniccio. La trasformazione e compiuta! le molecole aeree, capricciosamente e vertiginosamente vaganti in tutti i sensi prima di entrare nella prodigiosa macchina del Linde, sono state costrette a rallentare i loro movimenti, e ad avvicinarsi fino a sentire la prepoteiite eoe- sione die le imprigiona e die le raecoglie in goccioline liquide, turchine, dalle quali si sprigiona denso e pesante il vapor d'aria!

II salto di pressione delFaria eompressa nelFap- parecchio del Linde non e sempre da 22 atmosfere a 5 atmosfere, come noi abbiamo supposto nel nostro esempio, ma varia nelle diverse macchine. Nel primo apparecchio costrutto dal Linde Taria veniva eompressa a 220 atmosfere e poi fatta espandere a 20 atmosfere, sicche il raffreddamento era

di (220° — 20) j = 50°. I limiti entro cui av-

viene il salto di pressione debbono essere scelti

opportunamente, affinche la macchina col minimo lavoro dia il massimo effetto. Si consideri, infatti, ehe il lavoro di compressione dipende dal rap-

porto tra la pressione piii alta e la pressione pin 220 bassa = — = 11, mentre il raffreddamento di¬

pende dalla differenza delle due pressioni 220° — — 20 = 200°: onde bisogna cercare di ridurre

152 LA LIQUEFAZIONE DEI GAS E DELIi'ARIA

quel quoziente al minimo ed insieme questa differenza al massimo. Neiresempio ora citato Taria viene compressa poco piii del decuplo, e si ottiene — salvo le perdite — un rafFreddamento di 200°. Nelle macchine costrutte di poi, nelle quali Faria passa dalle 22 alle 5 atmosfere, il salto di 17 atmosfere si ottiene solo col quadru-

22 plicare, o poco piii, la pressione, essendo-r = 4,4.

Si rifletta poi anche ad mFaltra cosa. Noi abbiamo detto che la controcorrente B raffredda la nuova corrente A, e che questa, divenuta poi

controcorrente, raflfredda ancora la controcorrente che, ritornata nel tubo interno, costituisce di nuovo la corrente diretta. Ma la formula da noi

citata a pag. 101 :

dice che il rafFreddamento e in ragione inversa del quadrato della temperatura assoluta 0 del gas, contata cioe dallo zero assoluto, onde il raf-

freddamento non si mantiene eguale ad ^ di

grado per ogni atmosfera di cui scende la pres¬ sione, ma questo valore, che corrisponde alia temperatura di zero gradi centigradi, cioe di 273o

assoluti del gas che si espande, va aumentando mano mano che il rafFreddamento progredisce. Quando, per es., la temperatura dell'aria, dopo replicate decompressioni, e scesa a 100° sotto

LA L1QUEFAZI0NE DELL'ARIA 153

zero, eioe a 173 gradi assoluti, il raffreddamento per ogni atmosfera di cui la pressione si abbassi e dato dalla proporzione:

1732:2732

circa ^ di grado.

Pertanto, col proseguire del raffreddamento, questo maggiormente si esalta, non solo perche si accumulano gli effetti dei raffreddamenti anteriori, ma perche Tabbassamento di temperatura, prodotto dalla decompressione rapida, e

tanto piu grande quanto piii Taria e fredda. § 3. — E necessario ora studiare la macchina del

Linde non piii sotto la semplice forma schematica, a cui Tabbiamo ridottaascopodimostrativo,forma die non si riscontra in nessuna delle macchine costruite, ma sotto il suo vero aspetto come fu costruita dal Linde e modificata poi dal Dr Hampson.

La fig. 16 mostra la disposizione schematica dolla prima macchina Linde: in C e rappresentato un compressore, cioe la pompa, che, azio- nata da un motore di conveniente potenza — a vapore, a gas, a petrolio, idraulico o elettrico, a seconda dei casi — mette in moto la

corrente d'aria nel sistema di tubi di rame che si vedono disegnati nel liquefattore Z). La cor¬

rente perb attraversa prima il refrigerante B,

0,28 : x = donde :

*=0,28X11' =


inserito tra il compressore C ed il liquefattore Z>, ed il refrigerante le sottrae il calore svoltosi nella corapressione. II tubo di rame del liquefat¬ tore e lungo m. 100, e ravvolto a serpentine ed e

TJi ^1

Fig. 16. — Disposizione schematica della maccMna Linde per la liquefazione delFaria.

tutto eontornato di lana grezza che lo difende dal calore esterno. Esso e poi formato di due tubi concentrici, del diametro rispettivo di 10 e 4 cm. Pel tubo centrale p, arriva la corrente d'aria compressa alia temperatura e, percorrendolo, si


raffredda fino a ^02. Giunta al rubinetto di espan- siono r, la subitanea decompressione ne abbassa ancora la temperatura fino a t0z. I/aria risale allora pel tubo anulare, e costituisee la controcorrente die raffredda la nuova aria sopraggiungente nel eondotto interno. Essa cosi si riscalda e risale a £04 essendo t0± < t0^ ma di poco inferiore. Quando dunque quest'aria ritorna nel tubo interno e piii fredda di quando v'entro la volta preee- dente, onde, quando si espandera di nuovo attraverso il rubinetto r, scendera a temperatura piii bassa die nella prima espansione. Come gia si e detto, si arriva cosi alia temperatura di liquefazione dell'aria, ed allora il liquido scende nell'apposito recipiente G destinato a riceverlo.

Si eomprende poi facilmente la necessita di disseceare perfettamente Faria e di privarla del- Fanidride carbonica, prima di aspirarla colla pompa per introdurla nel liquefattore, ehe altrimenti, solidificandosi il vapor aequeo e Fanidride

carbonica a temperature superiori a quella di liquefazione delFaria, i tubi rimarrebbero subito ostruiti. Si depura Faria facendola passare, prima d'immetterla nel compressore, attraverso una cassa contenente calce un po' spenta, la quale fissa Fanidride carbonica trasformandosi in car¬ bonate di calcio, poi entro una boccia d'acciaio a pareti resistenti, contenente potassa caustica per fissare il vapor aequeo.

156 LA LIQUEFAZIONE DEI GAS E DELL?AEIA

§ 4. — I/aria divenuta cosi secca e pura puo passare senz'altro al liquefattore.

Un altro modello della macchina Linde, per laboratori scientifici, e rappresentato dalla figura 17. In A si vede il eompressore a due

cilindri, uno a bassa e T altro ad alta pressione (rispettivamente e, d). I/aria, dopo aver attraver-

sato i due recipienti che la disseccano e la de- purano delFanidride carbonica, entra per a nel cilindro e dove eomincia a comprimersi, poi dal cilindro e va al cilindro d, dove seguita la


compressione. Per toglierle il calore, da questa

prodotto nella massa gazosa, la si fa passare attraverso spirali di rame situate nelle cassette

e e immerse in acqua rinnovantesi di continuo, L'aria ne assume quindi la temperatura (tra 12° e 15°) e poi va nel cilindro f, dove si separa dal lubrificante, che accompagnava Paria nelle pompe di compressione. II lubrificante cade in basso e Paria compressa, di cui la pressione e accusata dal manometro continua il suo percorso attraverso il tubo c immerso nel ghiaccio, poi entra in un robusto tubo di ferro,

contenente potassa caustica in pezzi, che le toglie le ultime traccie di anidride carbonica e d'acqua (tubo omesso nella figura) e finalmente entra nel liquefattore, rappresentato schematicamente in D.

Esso e formato di tre spirali concentriche di rame, contenute in una cassetta di legno piena di lana greggia per difendere dal calore esterno Paria compressa e raftreddata che percorre i

tubi. Questa penetra pel tubo interno Pa dal- Palto, e scorre verso il basso fino alia cameretta n,

chiusa dalla valvola 1. Finche questa e chiusa, la pressione dell'aria aumenta per effetto del-

Pazione delle pompe e e d, ma, quando il mano¬ metro m sogna 200 atmosfere, si apre il rubinetto 1 e Paria allora si espande ripassando per la seconda spiralo concentrica, che fa capo a Pj o ritorna al compressore A alia pressione di


16 atmosfere. Nel salto di pressione da 200 a 16 atmosfere Faria si raffredda di circa:

-j- di grado X (200 atm. — 16 atm.) = 46°

perche, come abbiamo gia detto varie volte, il raf-

freddamento e di circa di grado per ogni

atmosfera di cui la pressione discende. Allora Faria compressa, che percorre la spirale piii interna sotto la pressione di 200 atmosfere, e raffreddata da questa corrente esterna di circa 46°, sicche, supposto che la sua temperatura iniziale

fosse di + 17°, la temperatura finale, quando cioe giunge al rubinetto 1 per espandersi, e di:

17° — 46° = — 29°.

Espandendosi, si rappresentera ancora di 46°

e scendera a:

— 29° — 46° = — 75°

onde, ritornando nella seconda spirale, maggiormente raffredda (di circa 75°) la corrente com¬ pressa a 200 atmosfere che percorre la spirale interna. Si comprende facilmente che Faria finira per raggiungere la temperatura critica. Allora, aprendo il rubinetto 2, Faria si espande da 16 atm.

ad 1 atm. ed il raffreddamento che ne consegue e sufficiente per liquefare F aria, che aveva gia prima raggiunto, o quasi, la temperatura critica.


L'aria liquida cola in apposito recipiente, indi- cato con c nella figura e si puo estrarr© aprendo il rubinetto h, perclie l'aria neU'espandersi la caccia fuori. L'eccesso deH'aria, che non e liquefatta, e ripresa nolle spirali e ricomincia il suo giro attraverso Fapparecchio.

Questa macchina del Linde non e d'uso in-

dustriale, perch© liquefa solo il 5 % dell'aria die si espande e richiede molto tempo per for-

nire poca aria liquida. Lo stesso Linde costruisce pero da qualehe tempo macchine, fondate sullo stesso principio, ma atte a produrre in poco tempo molta aria liquida.

§ 5. — Applicando lo stesso fenomeno., del raffreddamento prodotto dall'espansione de' gas compressi, il Dottor Hampson eostrui un liquefattore che brevetto nel maggio 1895 e che fu provato a Londra il 21 marzo 1896 nella fab- brica dell'ossigeno Brin. Nelhapparecchio del Dottor Hampson l'aria si espande fino alia pressione ordinaria, invece che fino a 16 atmosfere soltanto.

Esso e costituito (v. fig. 18): 1° d'un purificatore A, a bassa pressione, for-

mato d'un cilindro di lamiera di ferro, ampio e diviso in cinque o sei tramezzi bucherellati sui quali sono disposti strati di calce spenta, desti-

nata a trattenere Tanidride carbonica, mescolata

all'aria che deve essere liquefatta;


2° d7 un compressore B, a bassa e ad alia

pressione, eguale a quello deH'apparecchio Linde,


coinprossore die porta Taria alia pressione di

200 atmosfere; 3° (Tun separatore C, costituito daun eilindro

d'aceiaio a grosse pareti, nel quale Taria, compressa a 200 atmosfere, si separa dal lubrifieante, formato di olio minerale e di acqua. II lubrifieante eade in basso ed esce per g;

4° di un purificatore D ad alta pressione, for¬ mato d'un tubo d'aceiaio a grosse pareti, pieno

di potassa caustica in pezzi, la quale serve a trattenere le ultime tracce di anidride carbonica die fossero rimaste nell'aria dopo aver attraversato il purificatore a bassa pressione, e quel po' di vapor acqueo die all'aria e ceduto dal lubrificante;

5° di un liquefattore E, al quale giunge final-

mente Taria secca, priva di anidride carbonica e sotto la pressione di 200 atmosfere, per poi espandersi alia pressione ordinaria. II lique¬ fattore, come vedremo piii avanti, e la sola

parte veramente originale nelTapparecchio del- THampson : ma, prima di studiare la sua struttura ed il suo modo di funzionare, sara oppor¬ tune accompagnare la corrente d'aria dal suo ingresso per a nel primo purificatore A, fino al suo ingresso per n al liquefattore E.

Un motore qualunque, della potenza di pochi eavalli, motto in azione le pompe a bassa pres¬ sione (<?, fig. 18), le quali aspirano per a Taria

Auimm k CoMANDUOfli, La liquefazio?ie, ecc. 11


atmosferica. Questa segue il tube, che sboeca in a, e che la porta in fondo al purificatore A, dove attraversa la calce semispenta destinata a depurarla delFanidride carbonica. Un tubo interno del depuratore A, riporta in alto la corrente d'aria, la quale per c entra nel compressore, in-

sieme con un po' d' acqua del refrigerante e colFolio, che a goccia a goccia cade dall'oleatore

automatico b. Nel compressore d Faria e portata fino a circa 40 atmosfere, e da esso va poi al secondo corpo di pompa e che la porta da questa pressione fino a circa 200 atmosfere. Dai compressori la corrente, cosi fortemente compressa,

passa al separatore C, nel quale, come abbiamo gia detto, silibera delhemulsionedi olio o d'acqua,

che aveva servito come lubrificante. Questa emul- sione, aprendo la valvola, scende in g, donde e dall'aria compressa spinta pel tubo o fino in c,

e quindi di nuovo nel corpo di pompa, dove ri- prende il suo ufficio di. lubrificante. II circolo si compie senza interruzione, perche, quando il liquido e diventato sporco, nero, inservibile, viene

fatto uscire per la chiavetta 5, mentre se ne fa entrare di nuovo come sopra si e detto.

Ma torniamo alia corrente d'aria compressa, che, privata del lubrificante, dal separatore C pel tubo i, va al purificatore 1), dove si libera dell'anidride carbonica e del vapor acqueo che potesse ancora contenero. Dal purificatore D il


serpentino di ram© la porta infine nel liquefattore E. Quest© e rappresentato in sezione ver¬ tical© nella figura 19. I/aria, dal serpentino entra nel liquefattore pel tubo p; giunta in q, discende per una eompatta serie di quattro tubi

di rame sottili, raccolti a spiral© rappresentati in sezione in detta figura. La fig. B della tavola 20 mostra poi la disposizione delle spirali entro il liquefattore, rappresentato secondo una sezione trasversale. Dopo pereorso un lungo cammino entro le spirali, Taria arriva alia valvola d'espansione (7,

regolata dall'asta vuota b1 b2. Finche la valvola e chiusa, Taria continua a comprimersi come accusano i due manometri m del separator©, n del

liquefattore (fig. 18), i quali debbono segnare ad ogni memento la stessa pressione. Se fossero di-

scordi, cio vorrebbe dire che nel pereorso tra Funo e Taltro, o v'e qualche fuga di aria da qualehe giunturanon bene serrata, o qualche tubo e otturato.

Quando i manometri accusano una pressione di 200 atmosfere, si apre lentamente la valvola di espansione, che trovasi in C, girando verso

destra la rotella 3 (fig. 19), che e solidale colFasta vuota b1 b2, la quale, attraversando il liquefat¬

tore lungo Tasse centrale, comanda la valvola

d'espansione. Questa, nei suoi particolari, e rappresentata dalle fig. C (tavola 20), le quali mostrano :

1° una sezione longitudinal©, a;


JFig. 1». — Sezione longitudiuale del liquefattore del Dottor Hampson.

LA LIQUEFAZIONE DELL?ARIA 165

2° una sezione trasversale, P, fatta alFal- tezza indicata dalle rette punteggiate;

3° una seconda sezione trasversale, Y, fatta alquanto piii sotto e proprio all'altezza del rubinetto d'espansione B.

L'aria, die giunge sotto 200 atmosfere, pei tubi v (v. fig. 19 e fig. C nella tav. 20), passa pei fori del rubinetto R (sezione Y della fig. C tav. 20) entra nello spazio s (sezione a, fig. C),

e si espande violentemente — attraverso i fori radiali, segnati eon t nella sezione a, e rappresentati in sezione trasversale nella sezione p — da 200 atmosfere ad una sola atmosfera nella cassetta K, che ha la capacita di 127 cm3 e die eomunica coll'esterno per Tapertura N situata sul piano superiore del liquefattore (v. fig. 19).

I/aria, cosi rafifreddatasi di circa:

di grado X 200 = 50°,

trovando chiusa la valvola inferiore E (fig. 19), risale pel cilindro ove stanno le spire, le raffredda e con esse raffredda la nuova corrente d'aria a 200 atmosfere, che nel frattempo le percorre internamente, e che pertanto giungera alia

valvola d'espansione ad una temperatura di circa 50° inferiore a quella con cui vi giunse la cor¬

rente precedente. La quale, dopo aver percorso dal basso all' alto il cilindro per raffreddarne le


spirali, esce alia pressione ed alia temperatura ordinaria per la valvola N (fig. 19), e pub essere riportata per mezzo d'un grosso tubo di gomma nel purificatore a bassa pressione A e quindi pub attraversare di nuovo le pompe di compressione B, il separatore C, il purificatore D, e

tornare al liquefattore E. Ma cib non e necessario, perche il principio fondamentale del lique¬

fattore delFHampson e semplicemente questo: far passare tra le spire di rame senza interru-

zione correnti d'aria alFordinaria pressione, ciascuna delle quali sia di circa 50° piii fredda della

precedente, affinche vada sempre piu abbassan- dosi la temperatura dell' aria compressa che percorre internamente le spirali, e questa possa quindi espandersi di volta in volta a temperatura sempre piu vicina alia sua temperatura critica (— 140oC). Si comprende che, appena oltrepassata questa, Faria si liquefera, raccogliendosi nella cassetta K.

A dir vero, 1'espansione non si fa fino alia pressione ordinaria, ma fino a quella poco superiore di 10 o 15 cm. di glicerina, pressione che

si misura con un manometro di vetro della forma della fig. M (tav. 20) ad aria libera. Questo ma¬ nometro e collocato sulla base superiore del liquefattore, Q (fig. 19) e I'apertura indicata con 7 vien fatta, per mezzo d'un tubo di gomma, comunicare col condotto G2 (tav. 20).


Sezione trasversule del liquefattore. Sezione long. («) e sez. trasversali (/S y

della valvola d'espansione.

M

Sezione trasvereale del fondo della cassetta K.

Manometro del liquef Tav. 20. — Sezioni diverse e particolari del liquefattore Hampson.

168 LA LiqUEFAZIOXE DEI GAS E DELL'AMA

Per conoseere poi quanta aria liquida si sia

accumulata nella cassetta K, vi e un altro appareechio della forma del manometro M\ contenente pero acqua invece di glicerina. II foro' 7 di questo secondo apparecehio e congiunto per

mezzo di un tubo di gomma col tubo X (fig. 19), che parte dalla cassetta K, ed il foro 6 col tubo b2 dell'asta vuota. Nella figura D della tav. 20 si vede una sezione trasversale del fondo della cassetta K, fatta proprio all'altezza del punto di attacco del tubo X. A mano a mano

che Faria liquida si raccoglie nella cassetta K, sale un po' nel tubo e, e la pressione del suo vapore produce un dislivello crescente nel ma¬ nometro. Quando il dislivello e di 1 o 2 cm., si

apre la valvola d'efflusso E, girando da destra a sinistra la rotella d'ebanite segnata con 3 fig. 19 e Faria liquida discende allora pel foro#, nella cassettina E, che e rappresentata parti- colareggiatamente nella fig. E (tav. 20), e dalla cassettina E, pel tubo valvola w, esce alFesterno.

Per completare la descrizione del liquefattore

Hampson diremo ancora che il cilindro e circondato da un grosso strato di lana greggia, il quale lo difende dal calore esterno.

La macchina Linde col liquefattore del Dottor Hampson e quella phi comunemente usata nei laboratori e per scopi industriali. Di questi apparecchi, cosi importanti e cosi utili per esperienze

LA LIQUEFAZIONE DELL?AKIA 169

e a bassissime temperature, ce ne sono finora in Italia solo quattro. Uno e a Milano, presso ristituto di Arti e Mestieri, un'altra presso I'lsti- tuto di Cliimica deH'IIniversita di Roma, mac- cliina donata dal Sig. Mond al Prof. Cannizzaro, tma terza e a Napoli, e dopo essere stata esposta al pubblico in un padiglione dalbEsposizione dlgiene del 1900, si trova ora presso Y Istituto Cliimico di quell' Universita ad esso donato dal Sig. Giuseppe Forastieri; una quarta finalmente e a Padova presso il gabinetto del Prof. Nasini. Purtroppo Felevato prezzo di queste macchine, die ridiiedono naturalmente anche un costoso motore, impedisce die esse si diffondano presso i gabinetti scientifici minori, come vieta die Taria liquida possa largamente usarsi a scopo

industriale. Ma di eio nel prossimo capitolo.

CAPO VH.

Le meraviglie dell'aria liquida.

1° Conservazione deH'aria liquida. — 2° Esperienze col- Taria liquida. — 8° Uargon e i compagni &Q\Yargon. — 4° L'attivita chimica della materia alia temperatura dell'aria liquida. — 5° La vita alle bassissime temperature. — 6° Proprieta fisiche e chimiche dei corpi alle bassissime temperature. — 7° Liquefazione dell' idrogeno e sua solidificazione. — 8° Tentativi per liquefare Velio. — 9° Proprieta dell'idrogeno allo stato liquido e allo stato solido. — 10° Esperienze coll'idrogeno liquido. — 11° Metodo di Raoul Pictet per la preparazione dell'aria liquida. — 12° L'aria liquida negli usi industriali. — 18° L' aria liquida nella terapeutica. — 14° Verso lo zero assoluto !

§ 1. — Ecco dunque ridotto liquido il fluido gazoso nel quale siamo immersi, nel quale si svolgono tutti i fenomeni della vita, eccolo ridotto sotto forma ben apprezzabile dai nostri sensi, mentre prima solo ci si palesava nelFazzurro sterminato delcielo.Ma qualediminuzione di volume! Unlitro d'aria atmosferica si converte in poco piii d'un centimetro cubo d'aria liquida, perehe nel passaggio dallo stato gazoso allo stato liquido Taria

si riduee a circa —del volume primitivo.

LE MERAVIGLIE DELL'ARIA LIQUIDA 171

Uscita dal liquefattore, e raccolta in appositi

recipienti, die descriveremo piii innanzi, Faria ci appare come un liquido turchiniccio, che si mostra un po' torbido per la presenza di cristal-

lini d'anidride carbonica e di acqua solida, se Faria non era stata privata di queste sostanze

prima d'essere immessa nel liquefattore. Filtran- dola, come si fa ordinariamente per un liquido qualunque die debba essere depurato, Fotterremo

limpidissima e di un bel colore ceruleo, colore che va facendosi sempre piii intenso quanto piii tempo passa dalla preparazione, cioe quanto piii la quantita delFaria, ridotta liquida, diminuisce per evaporazione. Perche questo avvenga, Fabbiamo

gia detto parlando delle prime esperienze del Wroblewski (V. pag. 143): Faria e un miscuglio principalmente di ossigeno e d'azoto; ora di

questi due gas liquefatti il piii volatile e Fazoto, onde Fazoto sara il primo ad andarsene per eva¬ porazione, e percio Faria liquida andra via via facendosi piii ossigenata e percio piii turchina, tale essendo il colore delFossigeno liquido.

Che F evaporazione debba essere rapidissima, lo si comprende facilmente. I/aria liquida sotto Fordinaria pressione atmosferica bolle a —190°, e quindi, se supponiamo F ambiente a 10°, la

temperatura di questo e di 200° superiore a quella in cui Faria pub mantenersi liquida sotto Fordinaria pressione.

172 LA LIQUEFAZIOXE DEI GAS E DELL'AMA

Yogliamo fare un confronto con Y acqua in analoghe condizioni. Supponiamo di averla portata a 200°, cio die non si potrebbe fare se non assoggettandola alia pressione di 15 atmosfere circa. Facciamo improvvisamente il vuoto pneumatico al disopra di essa. L'acqua nel vuoto

bolle a 0°, onde si trova 200° piii calda di quello che sia necessario perche evapori! E facile dunque

imaginare con quale rapidita essa si convertirebbe in vapore. In un momento il recipiente si vuoterebbe. Yolendo conservare per quanto maggior tempo si pub Facqua in queste condizioni,

o Faria liquida in un ambiente comune, sara necessario difendere nel miglior modo possibile Funa e Faltra dal calore esterno. Si comprende, intanto, come non sia il caso di chiudere il re¬ cipiente, perche il liquido, convertendosi rapidamente in vapore, sia esso acqua o aria liquida, lo farebbe scoppiare come una bomba.

I recipienti, contenenti aria liquida, debbono dunque essere tenuti aperti, onde non e possibile impedire Fevaporazione superficiale, che peraltro

si pub ridurre al minimo, usando recipienti conici, sicche la superficie libera del liquido sia ristretta.

Si pub poi impedire il riscaldamento delle pareti del vaso, riscaldamento che sarebbe molto rapido per il grande dislivello di temperatura e che pro- durrebbe una violenta ebullizione delFaria liquida.

Noi, per conservare nelF estate il ghiaccio,

LE MERAVIGLIE PELL'AEIA LIQUIDA 17B

usiamo avvolgerlo in pezze di lana, di cotone, seppellirlo tra segatura di legno, carbone in

polvere, ecc., essendo questi corpi cattivi conduttori del calore. Inveee, non ci servirebbero die podiissimo per difendere dal calore esterno

un recipiente con aria liquida, se fossero vere le conclusioni alle quali giunse nel 1895? Eaonl

Pictet colle sue esperienze. Egli credette di aver dimostrato come questi corpi, cattivi conduttori a certe temperature, lascino passare invece il calore, a temperature bassissime. II Pictet in un ambiente, dove la temperatura si manteneva co- stantemente di 11°, poneva un refrigerante for-

mato di due eilindri concentrici: neirinterno dei cilindri collocava i termometri, e nella cavita anulare anidride solforosa liquida, o anidride carbonica liquida, o protossido d'azoto liquido, die faceva evaporare rapidamente per mezzo di buone pompe pneumatiche, ottenendo cosi tem¬ perature bassissime, perfin di —170°.

Naturalmente il calore esterno passava nei¬

rinterno del recipiente, e faceva salire i termo¬ metri. II Pictet constato in questo modo che la rapidita del riscaldamento, per temperature comprese tra —100° e 170° era la stessa, sia che il recipiente cilindrico fosse nudo, ovvero fasciato

d'un esilissimo strato di cotone, o d'uno strato di cotone alto 10, 25, 50 cm., ovvero fosse cir-

condato di lana, di carbone polverizzato, di se-


gatura di legno, ecc. Da queste esperienze bisognerebbe concludere, per la teoria, cbe corpi, i quali sono cattivi conduttori alia temperatura ordinaria, cessano dalFesser tali, quando si trovino frapposti tra Taria a + 11° e corpi rafFreddati al di sotto di — 100° fino a — 170°.

Per la pratica poi, le esperienze del Pictet inse-

gnerebbero che i cosi detti cattivi conduttori del calore non servono a nulla per mantenere le bassissime temperature che oggi si sanno produrre.

Nuove ed accurate esperienze furono pero ri- fatte su tale oggetto pochi anni dopo e porta-

rono a conclusion! del tutto contrarie a quelle cui era giunto il Pictet. Sembra che gli anor- mali trasporti di calore da lui osservati, si deb- bano non ai materiali impiegati, ma veramente

ai moti convettivi delParia contenuta negli in- terstizi. Comunque, i corpi che comunemente si

adoperano per impedire la trasmissione del ca¬ lore sarebbero ben poco efficaci in cosi forti dislivelli di temperatura ; percio i recipient!

destinati a conservare aria liquida sono per lo piu vasi di vetro a doppia parete; nelF inter- capedine c' e il vuoto migliore che si possa

ottenere, e le pareti di vetro sono argentate internamente. Basta percio lasciare un po' di mercurio fra i due recipienti, perche evaporiz- zando ricopra le pareti interne d'uno specchio metallico. Cosi, essendo il liquido isolato dall'aria

LE MEBAYIGHE DELL'ARIA L1QUIDA 175

esterna, non puo da questa ricevere calore per eonvezione, mentre le pareti speeulari impedi- scono ogni riscaldamento per irradiazione, respin- gendo i raggi termiei come respingono i raggi

luminosi. In tal mode Faria liquida non evapora die alia superfieie, e pub essere conservata per

molte ore. Tanto per dtare qualche esempio, quando, all'Esposizione dlgiene di Napoli nel- T estate del 1900, funzionava la macchina Linde- Hanipson, per la liquefazione delFaria, fu pos-

sibile agli sperimentatori, il prof. Piutti e i dottori Comanducci Piccoli ed Oliveri, di portare

dalla Villa Nazionale alia Reggia di Capodimonte circa sette litri di aria liquida per eseguire alia presenza delle LL. MM. le brillanti esperienze die colFaria liquida si possono fare. E dall'in-

dustriosa Milano alia dotta Bologna fu possibile al dott. Oddone trasportare, in tre ore, col treno- lampo aria liquida per riprodurne gli esperimenti alia presenza dei fisici italiani accolti, sulla fine del settembre 1901, nel V0 Congresso, entro le

storiche sale delFarchiginnasio. Piu recentemente ancora, nel novembre scorso, il Prof. Piutti del- rilniversita di Napoli portb cinque litri di aria liquida da Napoli a Conegliano, per illustrare con esperimenti I'interessante conferenza sulla

liquefazione dell'aria, die egli tenne cola a pro* del patronato scolastico.

§ 2. — Quali sono queste esperienze? Mera-

176 LA LIQUEFAZIOKE DEI GAS E DELL'ARIA

vigliose, ma non strane; sorprendenti, ma non inesplicabili, per la maggior parte esse trovano la piu semplice spiegazione, quali nel grande

dislivello di temperatura ehe esiste tra Tam- biente in cui si opera e Taria liquida, quali nel fatto che, contenendo questa ossigeno, e un at- tivo comburente cosi da permettere quei fenomeni di eombustione viva che si riproducono ordina-

riamente nelle scuole coH'ossigeno gazoso. Yersiamo in un bicchiere qualunque un po'

d'aria liquida. Appena questa ne tocca le pareti, rispetto ad essa caldissime, vaporizza rapidamente, come farebbe acqua versata in un recipiente colle pareti roventi. Stabilitosi I'equilibrio delle temperature, cessa la tumultuosa ebullizione, ma il vetro e divenuto opaco, perche un grosso strato di brina, dovuta alia condensazione

e poi al congelamento del vapore acqueo del- Tatmosfera, si e formato airesterno.

Se versiamo alcune goccie d'aequa sopra un

ferro rovente, queste, raccolte in globetti, scor- rono su di esso senza toccarlo, friggendo e via via impiccolendosi. E il fenomeno della calefa- zione o dello stato sferoidale, dovuto ad uno strato

di vapore che si forma subito tra le pareti roventi e il liquido, e che impedisce per un po' di tempo il contatto tra quelle e questo. Versando aria liquida in un recipiente qualunque, per la stessa ragione si produrra lo stesso fenomeno. E sempre


ealefaziono dovuta alia grande differenza di temperatura, colla sola diversita che questa differenza e soito lo zero convenzionale del termometro centigrado quando si tratti d'aria liquida, mentre

e sopra lo zero quando si tratti di aequa. Se versiamo un pochino d'aria liquida sulla mano, die ha una temperatura di 190° -f- 37° = 227° piii elevata, per questo fenomeno della calefa- zione, non vi sara contatto tra la pelle ed il freddissimo liquido, onde non si avra nessuna sensazione termica. Ma, appena cessa lo stato sferoidale, si rimane.... seottati. Cio pub parere inverosimile, quantunque i viaggiatori delle re¬ gion! polari affermino che, toccando il metallo

quando il termometro e molto basso, si prova una dolorosa ustione; ma si comprende facilmente, osservando che quelFalterazione e distruzione di tessuti animali, che chiamiamo scotta- tura, avviene per una rapida elevazione di

temperatura della parte offesa. Per questa ragione il Duca degli Abruzzi nella sua ardimentosa

esplorazione verso il polo perdette due dita, che, affine di evitare la cancrena, gli si dovettero

amputare. Se tocchiamo un ferro rovente, il calore passa con rapidita alia nostra pelle, per il dislivello delle temperature, e si ha Fustione; se invece tocchiamo un corpo molto freddo, il

calore passa in senso inverso dalla pelle al corpo, e, se tal dislivello termico e grande, la rapida

AuiM'i e Oomani>in!oi, 1jfi Uquefazione, ecc. 12


elevazione di temperatura produce sulla parte le stesse conseguenze che se passasse calore in senso inverso. In conclusione: gli effetti fisio- logici sono indipendenti dal senso secondo cui passa il calore, dipendendo solo dalla grandezza del dislivello termico.

Grettiamo aria liquida entro un foro praticato nel ghiaccio: essa vaporizza rapidamente, perche il ghiaccio e a 190° assoluti, cioe molto piu elevato nella scala delle temperature, sicche le cede calore.

In un vasetto di legno a pareti basse e col fondo rialzato in mezzo, mettiamo un po' di mercurio; esso forma uno splendente anello

liquido mobilissimo. Tocchiamolo con un filo di ferro, e versiamo sopra aria liquida. Subito il mercurio gela, essendo di —39° la sua tempe¬ ratura di solidificazione, e per mezzo del filo di ferro possiamo estrarlo e vederlo bene. E un bell'anello solido, che si direbbe di piombo ta-

gliato di fresco. Questo anello di mercurio, si imbianca rapidamente colbaria, perche il vapore acqueo delhatmosfera vi si deposita sopra solidificandosi. Immergiamolo ora nelFacqua, e, onde Tesperienza sia piii suggestiva, nell'acqua contenente ghiaccio. L/anello si disfa subito, il mercurio cade in goccioline sul fondo del vaso, e noi possiamo estrarre un bell' anello di ghiaccio vuoto, attaccato al filo di ferro. Abbiamo gia data


a pag. 112 la spiegazione di questa graziosa esperienza.

Ora versiamo in mm capsuletta di rame un po' d'aria liquida e poi sotto la capsuletta poniamo una fiamma a spirito, come se volessimo scaldare il liquido meraviglioso per affrettarne T evaporazione. Che cosa si forma sulle pareti esterne del vaso? una bianca brina le riveste ora interamente! La fiamma si e gelata a contatto della frigidissima capsula, o, per dir meglio, i prodotti della combustione, il vapor acqueo e Tanidride carbonica passano, appena formatisi, allo stato solido, tanto calore e loro sottratto dalle pareti della capsula.

Veniamo ad un altro genere di esperimenti. Ecco qua un pesciolino che, nelFinteresse della scienza, preferisce ai salti nella padella un bagno

neH'aria liquida. Appena immerso in questa, diventa duro e fragile come porcellana, sicche un colpo di martello lo manda in mille pezzi, come fosse davvero porcellana o vetro.

Possiamo ripetere Fesperienza con un pezzetto di carne, con uno spicchio di arancio, con un fiore. La carne, Farancio, il fiore diventano anche essi solidi e duri, sonori e fragili come il pe¬

sciolino, e come questo saltano in pezzi sotto i colpi del martello. Ma abbandonati a se, grado

grado che si riscaldano, ritornano molli come prima, perche disgelano i tessuti che si erano

solidificati al freddo potente delFaria liquida.


Coir aria liquida possono prodursi bellissime esperienze di combustione viva. Basta percio immergere in essa un fiammifero, un carbone, un sigaro, un fuscello, ece., e poi accostarli ad una fiamma, per vederli brueiare vivamente a causa deir ossigeno, di cui sono impregnati. 1/ alcool metilico, etilico, il cloroformio, il solfuro di car¬ bonic, la glicerina solidificati nelFaria liquida a Ino, di candela, con uno stoppino nel mezzo, bru- ciano meravigliosamente. Ma si pub fare un'altra sorprendente esperienza. Si prepara un bicchiere di alcool solido, per mezzo di tre recipienti di zinco concentrici (v. figura 21). Si riempie il

minore d'aria liquida, lo si mette entro il secondo, nel quale si e versato alcool, che si eleva poi tutto airintorno nelFin- tercapedine tra i due vasi, e si immerge il tutto nel terzo bicchiere pure pieno d'aria liquida. Cosi si ha uno strato di alcool liquido a forma di bicchiere, cui viene

sottratto calore dall'aria liquida, tanto verso Fin- terno che verso Festerno. Naturalmente F alcool presto solidifica e allora lo si stacca, versando acqua al posto delFaria liquida. In questo bic-

Fig. 21.

LS MERAYIGLIE DELL'ARIA L1QUIDA 181

chiere di alcool solido possiamo bruciare alcool liquido, prima die esso fonda, o accendervi un

file d'acciaio, appena arroventato. Coir aria liquida si possono poi preparare, e

con grande prontezza, eceellenti granite, le quali nulla hanno da invidiare alle migliori, die si servono nei caffe. La ricetta e semplice: in un bicchiere, si versa un po' di sciroppo, poi un

po' d'aria liquida, e si rimescola. In meno die non si dica, la granita 6 fatta.

Interessanti sono pure le modificazioni delle proprieta fisiche dei corpi alle bassissime tempe¬

rature dell'aria liquida: un pezzo di stagno, per es., immerso in essa, diventa sonoro e fragile come il vetro: eosi il caoutchouc cessa dall'essere elastico, e diventa fragilissimo.

La tenacita di tutti i metalli aumenta in modo notevole coi forti raffreddamenti, eccezion fatta per le leghe di zinco, bismuto e antimonio. Ma

probabilmente; in questo caso, qualche altra causa, dipendente dalla struttura eristallina delle leghe, altera il fenomeno. Insomma la coesione guadagna d'intensita quanto piu intimo diventa il contatto tra le molecole, e la materia si mostra sempre piii lontana dal disgregarsi in polvere cosmica quanto piu si avvicina allo zero assoluto.

§ 3. — Queste esperienze sono specialmente

esperienze dilettevoli, atte a mostrare al pubblico,

182 LA LIQUEFAZIONE DEI GAS E DELL'AKIA

desideroso di novita scientifiche, i miracoli delle basse temperature. L'aria liquida se non ha avuto per era quelle applicazioni industriali ehe si prevedevano e che nei primi tempi furono grandemente esagerate, sopratutto dai giornali non seientifici, ha permesso ai fisici ed ai chimici

d'istituire molte importanti esperienze, di puro interesse teorico, almeno per ora.

Abbiamo detto ehe Taria liquida bolle a —190° sotto la pressione atmosferica, ma noi potremo

sempre abbassarne il punto di ebullizione solo

ehe diminuiamo la pressione, cui e sottoposta, per mezzo d'una buona macchina pneumatiea. Cosi potremo giungere a — 200°, ed anche, progredendo nella rarefazione, a temperatura piu bassa. Poiehe Fazoto e piu volatile, bollendo a —194°,4, mentre Fossigeno bolle a —183°, otterremo in questo modo faeilmente ossigeno quasi puro. Questo processo, che, come dieemmo (pag. 142), si ehiama distillazione frazionata, permise a Ramsay e Travers di scoprire nelFaria e isolare da essa i

eompagni dell'ar^cw. 1/argon, come e noto, e un gas di reeente sco-

perto nella nostra atmosfera da lord Rayleigh e lord Ramsay. Essi pensarono che la differenza di peso specifico tra Fazoto atmosferico (0,971) e Fazoto chimico, ricavato eioe da composti chimici (0,967), potesse derivare da un gas ignoto, che fosse mescolato alFazoto atmosferico e che avesse


maggior densita di questo. Non e il caso di esporre qui il metodo segmto dai due chimici inglesi per isolare Yargon; basti dire che fecero passare azoto atmosferico, perfettamente depu¬

rate, su nastri di magnesio scaldati al rosso. Si formo azoturo di magnesio e rimase come re¬ sidue un gas che aveva proprieta diverse dal- I'azoto, e che essi chiamarono argon (pigro), perche chimicamente inattivo. IS argon fu poi trovato an che in un silicato d'uranio, la cleveite, associate &\Yelio.

Con questa scoperta la costituzione delia nostra atmosfera si arricchiva d'un nuovo gas, com- pagno fino al 1895 sconosciuto, dell'ossigeno e

dell' azoto. La liquefazione dell' aria permise qualche anno dopo a Rasmay e Travers di scoprire nuovi elementi nelFaria atmosferica.

Cominciarono col depurarla delFanidride carbonica e del vapor d'acqua, cio che fecero usando al solito calce un po' spenta e potassa caustica, poi dalFaria cosl depurata e disseccata elimina- rono T ossigeno, facendola passare attraverso frammenti di rame rovente, e quindi Tazoto ricorrendo al magnesio pure rovente. Rimase cosi ai due esperimentatori una ventina di litri di

argon, ed essi si proposero di cercare se questo gas residue fosse argon solo, ovvero fosse me-

scolato a nuovi elementi ignoti. A tal uopo liquefecero il miscuglio e poi lo


sottoposero alia distillazione frazionata, e ne rac- colsero a parte i prodotti, quattro nuovi gas oltre Yargon, ehe furono battezzati coi seguenti nomi: neon (nuovo), krypton (nascosto), xenon (straniero),

metargon (eosi denominato perche parve dapprima della stessa densita dell'argon). Di questi il prime, il neon, e il piii volatile, e eontiene traecie di Helium o elio, elemento ehe fu scoperto sul Sole colFanalisi spettrale, e soltanto piu tardi sul

nostro globo. Meno volatile del neon e il vecchio argon — vecehio perche scoperto 5 o 6 anni prima dei suoi inseparabili compagni neiratmosfera —

meno volatile dell'arô^ e il krypton, meno ancora lo xenon e meno di tutti il metargon. Esperienze piii recenti, avendo messo in chiaro che il me¬

targon presenta lo stesso spettro del carbonio, condussero a riconoscere non essere il metargon un gas nuovo, contenuto nell'aria, ma un'impu- rezza formatasi mentre Targon, per depurarsi

dell'ossigeno, attraversava il fosforo, che spesso eontiene carbonio. I nuovi gas dell'aria hanno tutti quanti delle proprieta comuni: non hanno nb odore, ne colore; la loro molecola e probabilmente monoatomica e non si combinano con altri elementi. Onde ad essi conviene, meglio che all'oro ed al platino, 1'appellativo di elementi nobili, se vogliamo far consistere la nobiltk di un elemento nel disdegnare ogni connubio con altri.


Si potra forse obbiettare da alcuno se questi corpi sieno realmente corpi diversi, ovvero non sieno che stati diversi d* uno stesso elemento e magari deH'ar^cw. Se gli elementi sono indivi- duati, earatterizzati, definiti dalla luce che emettono cioe dal mode e dalla rapidita con cui ad elevata temperatura danzano le loro molecole o i loro atomi (passi Tespressione poco scientifica, ma forse molto espressiva), questi elementi sono certamente distinti. Nella modesta lampadina ad alcool del nostro laboratorio, come nel Sole, come nelle stelle piii lontane del cielo, le mo¬ lecole del sodio vibrano neir istessa maniera, compiendo vibrazioni lunghe milionesimi di centimetro 58,9, le quali per Tocchio nostro costituiscono luce gialla, ed attraverso il prism a dello spettroscopio danno una sottile riga gialla di posizione invariabile nello spettro.

La lunghezza di questa radiazione e veramente immutabile e costante, dovunque, in qualunque condizione il sodio bruci, tantoche vi fu chi pro¬ pose di prendere tale piccolissima quantita di

lunghezza come fondamento del sistema di misure assolute, invece dei centimetri. Si pub ripetere quasi la stessa cosa della lunghezza delle radiazioni emesse da altri elementi vaporizzati ad alta

temperatura; esse pure sono fisse, immutabili, costanti. Variando la temperatura e la pressione della sostanza, nel caso che questa sia gazosa,


puo variare lo spettro, ma le sue Unee caratteristiche non cambiano di posizione. Aleune illan- guidiscono, magari fine a scomparire, altre si fanno piu splendenti, altre, prima invisibili, eom- paiono, altre si allargano e finiscono per formare fascie luminose, ma, lo ripetiamo, le righe oe- cupano nello spettro una posizione costante e invariabile. Sicehe ogni qualvolta un dato elemento brucia in una fiamma, sempre nel suo spettro compaiono le stesse linee, che rivelano le stesse vibrazioni, e percio attestano che sono

emesse dagli stessi atomi. Su questo si basa quel prezioso sistema d'analisi che e I'analisi spettrale.

Ora la riga gialla del sodio, vista con spettro- scop'i di piu forte dispersione, si sdoppia in due vicinissime: Tuna di una lunghezza d'onda pari a milionesimi di centimetro 58,95, Faltra a 58,89.

Ebbene: Fanalisi spettrale rivelo sul Sole un elemento che dava uno spettro costituito d'una unica linea a queste vicina, ma corrispondente ad una lunghezza d'onda di 58,76. Questo ele¬

mento, ignoto fino allora sulla terra, e Velio, che abbiamo menzionato poco fa. La stessa riga perb fu trovata, analizzando spettroscopicamente certi minerali terrestri (clevite, uranite, broggerite), e dal Ramsay sottoponendo alFanalisi spettrale il neon, che dava, per conto suo, una nuova riga, sua propria, caratteristica, la 58,50. L'elemento che

LE MEEAVIGLIE DELL'AEIA LIQUIDA 187

egli denominb kripton ha pur esso la sua linea distinta dalle altre, la 58,67. Riepilogando in uno specchietto, quanto abbiamo detto finora, risulta

die la riga D del sodio, come e chiamata brevemente in spettroscopia, risulta delle righe

Ds, Dg, D4, D5 caratteristiche di altri elementi, quando sia osservata con prismi di piii forte dispersione, che separino, setaccino quasi, le di¬

verse luci vicinissime nella scala delle ondulazioni eteree:

D riga del sodio (Na) = 58,9, sdoppiata con piii forti disper- . . . ( 2^ = 58,95

S10niln:i Da = 58,89 Ds riga deirîo (He) sdop. con pin forti dispersioni = 58,76 D4 jf del krypton „ B , =58,77 D5 n del neon „ n B = 58,50

Finche ammetteremo che ogni elemento abbia linee caratteristiche nel suo spettro, rivelanti il ritmo secondo cui vibrano i suoi atomi, righe le quali lo individuino, dovremo ammettere che elio, neon, krypton, xenon, sieno corpi distinti fra loro e iidXYargon, e che, per le minuziose e precise

ricerche di Ramsay e Travers eseguite sulFaria liquida, essi entrino a costituire, sia pure in quantita infinitesima, la nostra atmosfera.

§ 4. — Altre esperienze interessanti, ma d'altro

ordine, furono quelle che riguardano Fattivita chimica dei corpi a temperature bassissime. Essa cessa, quasi che dipendesse esclusivamente dal


moto vibratorio degli atomi. Quando questo moto e prossimo a spegnersi, quando la materia e vicina alia sua morte, per usare ancora una volta Tespressiva frase dell'Andrews, le affinita degli atomi tra loro piii non si manifestano. Gia nel 1861 era stato dimostrato che Tammoniaca liquida non reagisce piu, in tali eondizioni, con Tacido solforico concentrato; eosi non reagiscono piu Tossigeno liquido col fosforo ordinario, e coi

metalli potassio e sodio, coi quali invece ha cosi grande affinita nelle eondizioni ordinarie da sviluppare grande intensita di luce e di calore. Cosi il fluoro non intacca quasi piu il vetro,

tantoche Moissan e Dewar nel 1897 poterono liquefarlo in recipienti di questa sostanza. II

fluoro liquido, da essi ottenuto per la prima volta, e di color giallo chiaro, mobilissimo; bolle a —187° e solidifica a —210°. Inerte colFossi- geno, Tacqua, il mercurio, solo Fidrogeno e gli idrocarburi reagiscono con esso, svolgendo molto

calore. Reazioni che egualmente avvengono, anche a basse temperature, sono quelle delF etilene

liquido col cloro e col bromo a — 102°,5. Alcuni corpi alle suddette temperature cam-

biano colore, perche varia Fassorbimento che essi operano sui diversi raggi dello spettro solare: Facido cromico, una soluzione diluita di iodio prendono tinte completamente diverse; Fossido, il solfuro, il biioduro di mercurio diventano gialli

LE MEBAVIGLIE DELL'AKIA LIQUIDA 189

0 leggermente aranciati, il nitrato d'uranio e il eloro-platinato d'ammonio bianchi. Ma, risalendo

alia temperatura ordinaria, queste sostanze riacqui- stano il primitivo colore. Si e anche notato che 1 eolori turchini e bleu non sono invece sensi-

bilmente alterati da questi grandi abbassamenti di temperatura.

Le lastre fotografiche, come risulta dalle esperienze dei signori Lumiere, quasi piii non s'im- pressionano alia temperatura delFaria liquida, e il Dewar constatb piii tardi che la sensibilita di esse alia luce, diventa nulla alia temperatura

deH'idrogeno liquido. Cio conforterebbe Y ipotesi che si a un fenomeno chimico e non un fenomeno fisico la formazione dell' imagine latente nel sensibilissimo strato della gelatina-bromuro. Perb

bisogna osservare che, se anche questo misterioso fenomeno, fondamento unico delharte foto- grafica, consistesse in una semplice trasforma-

zione molecolare, la temperatura potrebbe sempre

grandemente influirvi, lino a spiegare la citata scoperta dei Lumiere.

Interessanti osservazioni furono anche fatte in ordine ai fenomeni di fosforescenza. In generale pare che Tattitudine dei corpi a mostrarsi

fosforescenti aumenti quando la loro temperatura si abbassi di molto fin verso i — 180°. La ge-

latina, per es., il celluloide, la paraffina, ravorio, il corno, la gomma elastica, che nelle condi-


zioni ordinarie non sono punto o quasi punto fosforescenti, emettono una bella luminosita az- zurra, se colpiti dalla luce elettriea, subito dope

un'immersione neirossigeno liquido. Gli alcaloidi che danno, come Fesculina, soluzioni fluorescenti,

diventano essi pure fluorescenti a basse tempe¬ rature e fluorescenti diventano Tacido solforico, I'acido nitrico, Tacido cloridrico, rammoniaca.

Assai fosforescente diventa il latte, pochissimo Facqua pura. Un uovo raffreddato a tempe¬ rature bassissime appare come un globo de- bolmente luminoso di luce bleu. Cosi diventano piii o meno luminosi, in analoghe condizioni, altre sostanze di origine organica, le penne, il cotone, il guscio di tartaruga, la carta, la spugna, ecc.

Alia temperatura delFidrogeno liquido Fatti- tudine di questi corpi alia fosforescenza e anche maggiore, e pare che a — 250° possa venir de- stata anche da luce priva delle radiazioni ultra- violette.

§ 5. — Se alia temperatura di —190° cessa Fattivita chimica, resiste ancora la vita animale, almeno quella dei piccoli organismi, quasi che la piii grande semplieita organica fosse la piii

favorevole condizione per resistere ad intensissimi freddi. Infatti sostanze facilmente putrefascibili, come il latte, la carne, non sono affatto sterilizzate dalla permanenza di qualche ora nelFaria liquida,

LE MEKAVIGLIE DELl/ARIA LIQUIDA 191

ne i semi perdono la facolta digerminare.Parecelii scienziati si sono oceupati di questo argomento, e noi non citeremo la lunga serie di esperienze elie furono fatte successivamente dal Cohn, dal Melgens, dal Pictet, dal Kendrich, dal D'Ar- sonval, i quali esposero baeteri* e spore di diversa

specie a temperature via via piu basse, man mano che si trovava il modo di produrre freddi piii intensi.

A nessuna temperatura la vita di questi sem-

plici e microscopici organismi, tra i quali si trovano i nostri piu preziosi alleati, e i nostri piii fieri nemici, si estingue. II D'Arsonval studio Fazione delFaria liquida sui fermenti e sui microbi patogeni, tanto immergendoli addirittura in essa,

quanto esponendoli solo alFazione refrigerant©: essi non ne rimasero affatto influenzati, sicche egli fu condotto a pensare che le basse tempe¬ rature finiscano per anestetizzare la materia vi- vente, come il disseccamento sospende per lun-

ghissimo tempo la vita nei rotiferi, i microscopici vermi che si trovano nella polvere dei tetti. I/aria liquida non e dunque un antisettico, e risulta anche destituita d'ogni fondamento la

comune opinione, che i grandi freddi possano arrestare mFepidemia d'origine infettiva. A1 contrario acquista, se non verosimiglianza, possibilita Fidea di lord Kelvin, che i primi germi della vita possano essere stati portati sulla terra

192 LA LIQUEFAZIONE DEI GAS E DELL'AMA

da mondi lontani per mezzo di sciami meteorici, attraverso i gelidi spazi siderali.

Di sommo interesse e poi il modo di comportarsi dei micro-organismi fosforescenti alle basse temperature. Immersi nell'aria liquida, perdono subito la facolta di produrre la luce, ma la riacquistono non appena ritornano alia temperatura ordinaria.

§ 6. — Altre esperienze numerose e svariate furono fatte per conoscere le proprieta fisiche e chimiehe della materia alle bassissime tempera¬ ture ottenute colFaria liquida e eolFossigeno

liquido. II Wroblewski, il Dewar ed altri cercarono,

per es., come variasse la resistenza che i metalli

puri oppongono al passaggio della corrente elettrica, quando sieno raflfreddati fin verso lo zero assoluto. II rame, il platino, Fargento, a —200° sono corpi perfetti conduttori; il rame, per es.,

a —201° offre una resistenza che e circa di

quella che possiede a ~(-250. Poiche il rame e, come si sa, nelle ordinarie bondizioni un buo- nissimo conduttore, bisogna concludere che a —200° esso non deve presentare resistenza apprezzabile al passaggio della corrente. Forse allo zero assoluto, eioe a —273°, la conduttivita dei metalli sarebbe perfetta e Felettricita passerebbe in essi senza svolgere punto calore. Pertanto alcuni

LE MERAYIGLIE DELL'ARIA LIQUIDA 193

furono indotti a pensare di trasmettere correnti elettriche anche a grandi distanze senza alcuna perdita di energia per la resistenza speciflca dei

conduttori, mantenendo questi alle basse tem¬ perature delFaria liquida. Certo che questo non

e oggi praticamente possibile, ma sarebbe te- merita affermare che non diventi possibile un giorno. A1 contrario dei metalli, Taria liquida e separatamente i suoi principali componenti Tos- sigeno e Fazoto liquidi, sono eccellenti isolanti. Altrettanto si dica di parecchi elettroliti ordinari, che, congelati nelF aria liquida, presentano una

grande resistenza al passaggio della corrente elettrica. Si pub pertanto concludere che le bas-

sissime temperature esaltano la conduttivita dei metalli chimicamente puri e la resistenza degli

isolanti. E noto che le proprieta magnetiche del ferro,

del nichelio, ecc., si indeboliscono a temperatura

elevata, forse perche le molecole allontanandosi, per effetto della dilatazione del corpo, si svin- colano un poco dalF attrazione reciproca che le mantiene polarizzate. A 340°, per es., il nichel perde le proprieta magnetiche e diventa un corpo qualunque; a 785° questo avviene pel ferro dolce, che 15 gradi piu sotto di tale tempera¬ tura e ancora fortemente magnetico. Ora il Sella e il Manzetti pensarono che questa temperatura

critica, elevata pel ferro, pel nichel, pel cobalto,

Alippi e Comanducci, La liquefazione, ecc. 13


cioe pei corpi ehe noi chiamiamo magnetici, potesse essere bassissima pei metalli non magnetici alle temperature ordinarie, e che percio, sufficientemente raffreddati, potessero diventare ma¬ gnetici. Le lore esperienze condussero pero, almeno pel platino, a un risultato negative.

Altri, il Maiorana, cercarono se sulbeffetto Yolta influiscano le bassissime temperature che si ottengono colFaria liquida. L'effetto Yolta con-

siste, come e note, in questo: net contatto di due metalli eterogenei si stabilisce una differenza di

potenziale, che produce una forza elettromotrice,

una forza cioe capace di muovere Telettricita, in un circuito chiuso metallico, in cui i due metalli sieno inseriti. Come si prevedeva, la forza elet¬

tromotrice diminuisce di fatti. Collocando coppie per es. di zinco e oro, di alluminio e oro, di ferro

e oro, in un'ampolla contenente idrogeno puro e secco, immersa nelFaria liquida e misurando con un elettrometro la differenza di potenziale dei due metalli, il Maiorana constato una forte

diminuzione in questa differenza. Probabilmente questa tenderebbe a zero col raffreddare i due metalli fino allo zero assoluto.

Altre esperienze, interessanti dal lato teorico, furono fatte colFaria liquida. Si trovo, per es., che un pezzo di metallo, o di vetro, o di ceralacca, o di legno, si mostrano fortemente carichi di elettricita negativa dopo una immersione neH'aria


liquida, purche questa non sia stata prima privata

dei cristallini di acqua e di anidride carbonica. So poi neH'aria liquida si fa arrivare anidride carbonica, essa rimarra, quaFera prima, inetta,

cioe, all'elettrizzazione dei corpi; ma riacquista tale proprieta se invece le si restituisce Facqua che subito solidifica in seno ad essa. Per queste ragioni, ed anche perche in nessun altro modo

pub spiegarsi il fenomeno, si conclude che lo strofinio dei ghiacciuoli di acqua contro il corpo

immerso sia la causa che stabilisce fra essi la differenza di potenziale. E difatti, mentre il corpo che fu immerso si mostra elettrizzato negativa- mente, il ghiaccio che rimane nel vaso, dopo che Faria liquida e vaporizzata, e elettrizzato positivamente. D'altra parte le esperienze di Shonke insegnano che il ghiaccio asciutto e molto freddo si elettrizza positivamente per strofinio con metalli o con vetro.

Su questa esperienza si basa una macchinetta elettrica, di nessuna importanza pratica, costi- tuita essenzialmente di una reticella di filo di rame amalgamato, che e continuamente bagnata d'aria liquida.

§ 7. — L'aria liquida form al Dewar il modo di liquefare Fidrogeno. I/esperienza, che egli esegui nel 1898, era cosi disposta: In una robustissima

bomba egli comprimeva il gas fino a 180 atmosfere, poi lo faceva effluire attraverso due ser-


pentini posti uno dopo Faltro; il primo dei quali era raffreddato dal solito miscuglio frigorifero di anidride carboniea soli da ed etere, il secondo dalFaria liquida in cui era immerso. I/idrogeno, cosi raffreddato a circa — 205°, passava in un

terzo serpentino, contenuto in un tubo a doppie pareti, argentate, tra le quali era stato formato il miglior vuoto possibile. Questo tubo era im¬ merso in un bagno d'aria liquida, ehe bolliva sotto debolissima pressione e percio verso i

— 200°. II gas, giunto sotto la pressione di 180 atmosfere in fondo al serpentino, si decompri-

meva rapidamente attraverso una valvola di

espansione, e lambiva alFesterno il serpentino

per arrivare in cima al tubo di dove veniva

aspirato. I/idrogeno, gia raffreddato previamente nei due refrigeranti d'anidride carboniea e d'aria liquida, subiva un ulteriore raffreddamento espandendosi, e, come nelF apparecchio del Linde, raffreddava vieppiu il nuovo idrogeno soprav- veniente pel tubo interno. In tal modo il Dewar

ottenne di far scendere il gas sotto la temperatura critica (234°,5) e questo allora comincio a liquefarsi e si raccolse in fondo al tubo come un

liquido chiaro, incoloro, a menisco ben definito. Pertanto Tanno seguente, celebrandosi il cente- nario delF Istituto Reale di Londra, il Dewar pote mostrare agli scienziati convenuti cola da tutte le parti del mondo un litro di idrogeno


liquido, entro un vaso a doppia parete immerso neH'aria liquida.

Dopo liquefatto Y idrogeno, il Dewar tenth so- lidificarlo e vi riusci. Egli ne diede notizia al

prof. Moissan il 28 agosto 1899 col seguente dispaccio, die fu subito comunicato aH'Accademia

delle Scienze di Parigi: " U idrogeno si solidifica in schiuma bianca ed in una massa simile a vetro trasparente. L'idrogeno fonde a 15° assoluti. Velio

pure cambia stato quando sia raffreddato mediante

Vidrogeno solido alia pressione di 8 atmosfere L'apparecchio die servi al Dewar per solidi-

ficare Y idrogeno consiste essenzialmente in un pallone (7, della capacita di circa 1 litro, pieno di idrogeno (v. fig. 22), il cui collo e chiuso, ma porta

un piccolo manometro a mercurio D e un lungo tubo di vetro, il quale va ad immergersi in una provetta a doppie pareti, contenente idrogeno liquido che bolle sotto debole pressione, potendosi fare il vuoto per mezzo del tubo F, cbe insieme

coll'altro attraversa il tappo chiuso pure erme- tico. 1/ idrogeno del pallone si raccolse dapprima sotto forma liquida nel tubo verticale d, ma,

seguitando a diminuire la pressione nelh interno della provetta, e quindi seguitando ad abbassarsi la temperatura d'ebullizione dell'idrogeno liquido esterno che serviva da refrigerante all'idrogeno liquido interno, quello improvvisamente si con- geld sotto la pressione di 30 o 40 mm. in una

198 LA LIQITEFAZIONE DEI GAS E DELL'AKIA

massa bianca, simile a sehiuma solida. Non si poteva vedere dunque piii quello che aceadeva nelF interne del tube, ma il Dewar pete assicurarsi cbe anehe Y idrogeno liquido di qnesto tube doveva essersi congelato, perche eapovolgendo

rappareechio non vide traccia di liquido scen-

dere entro il tubo. Secondo il Dewar, la massima densita allo stato liquido sarebbe di 0,087, e la solidificazione avverrebbe a 15° o 16° assoluti, e nessun carattere avrebbe 1'idrogeno solidoper poter essere annoverato tra i metalli, bensi presenterebbe i earatteri del metalloide.

r^\

0

Fig. 22,

LE MERAYIGLIE DELL'AKIA LIQUID A 199

§ 8. — A temperatura piii bassa ancora si potra giungere coirelio liquido, ma Telio, con- trariamente a quanto e detto sopra nel tele-

gramma del Dewar, non e state ancora liquefatto; esso — fu detto — costituisce Tultima fortezza

dello stato gazoso. Parve, e vero, che una certa quantita di elio diventasse liquida, usando come refrigerante Tidrogeno solido, ma cib dipese da impurezze che esso conteneva, costituite da gas

di piii facile condensazione. In conclusione, cio che si liquefaceva non era elio, ma altre sostanze

a questo mescolate. Nell'estate dell'anno scorso il Dewar, inaugurando a Belfast il congresso della British Association, parlo anche degli inu-

tili tentativi da lui fatti per liquefare questo gas. Se esso e veramente puro, alia temperatura dell'idrogeno liquido ed alia pressione di 80 atmosfere rimane ancora gazoso. Lo si faccia allora espandere bruscamente: la sua temperatura scendera per un poco a forse 9° o 10° assoluti, senza che si avverta nessuna traccia di conden¬ sazione. La temperatura critica dell'elio deve

essere dunque ancora piii bassa: forse di — 268°, cioe di soli 5° gradi assoluti! Pertanto Pelio liquido sara quattro volte piii volatile dell'idro¬ geno; la sua densita sara doppia rispetto a quella dell'idrogeno liquido, il suo punto d'ebullizione di pochissimo superiore allo zero assoluto, forse di 2° o 3° appena. Ma nelle previsioni si


pub andare anche piii avanti, fino a giungere ad una conclusione di sommo interesse.

I/esperienza mostra che per I'ossigeno, Tazoto, Fidrogeno, il potere rifrangente allo state liquido e approssimativamente proporzionale a quello che e lore proprio allo state gazoso. Se cib vale anche per Felio e per Fidrogeno liquidi, siccome quello allo stato gazoso ha un indice di rifrazione

pari a circadelFindice di rifrazione delFidro-

geno gazoso, dovrebbe Felio liquido essere quattro

volte meno rifrangente dell'idrogeno liquido, che, avendo per indice di rifrazione 1, 12, e il meno rifrangente dei liquidi conosciuti. L'elio liquido, pertanto, deve essere una sostanza di proprieta ottiche eccezionali, e, poiche pochissimo rifran¬

gente, difficilissimo a vedersi. Chissa che nei tentativi fatti per liquefarlo non siasi raggiunto lo scopo, ma che non si sia visto il liquido per la sua poca visibilita ?

Un altro forte ostacolo che si oppone alia liquefazione di quest'ultimo gas e la sua estrema rarezza, e quindi anche il suo elevatissimo costo;

ma anche Felio dovra cedere prima o poi agli audaci ed ostinati tentativi di valorosi esperimentatori. Se la sua temperatura critica non sara inferiore ai — 265°, si potra ridurlo liquido, usando un metodo perfettamente analogo a quello usato per Fidrogeno, ma servendosi come refri-

LE MEKAVIGLIE DELL'ARIA LIQUIDA 201

gerante di questo corpo liquido, invece che del-

Taria liquida. Se vi si riuscira potremo coll'elio liquido accostarci fino a soli cinque gradi dallo zero assoluto.

§ 9. — Ritornando all'idrogeno liquido, cre- diamo opportuno riferire alcuni recentissimi risultati degli studi fatti su di esso.

Esperienze fatte in questi ultimi mesi, hanno

provato che il calore di vaporizzazione delFidro- geno liquido e di circa 200 calorie, e che il calore di fusione delhidrogeno solido non pub eccedere le 16 calorie. Inoltre si e trovato che

il calore specifico dell'idrogeno liquido, alia sua temperatura d'ebollizione, e circa 6, il che vuol

dire che la quantita di calore ch'esso richiede per salire d'un grado, e sei volte maggiore di quella richiesta da un'egual massa di acqua. Si sapeva gia essere il calore specifico dell'idrogeno gazoso il piii alto di tutti, giungendo a 3, 4; ma, come si vede, si raddoppia nel cambiamento di stato. La cifra trovata dimostra che anche

I'idrogeno si uniforma alia legge di Dulong e Petit, secondo la quale: il prodotto del peso atomico d'un corpo pel suo calore specifico b costante ed uguale a circa 6, 4.

§ 10. — II Dewar coll'aria e coll'idrogeno li¬ quid! fece poi altre interessanti esperienze, che

vogliamo brevemente ricordare. In un recipiente largo e piatto si pone un po'


di idrogeno liquido e si copre leggermente con una lastra di vetro. II vapore d' idrogeno, proveniente dalla rapida vaporizzazione del freddissimo liquido, sfugge tra il vaso e il coperchio, e neH'interno si forma a poco a poco neve di aria solida per Tenorme raffreddamento che Taria, limitata in quel poco spazio, subisce.

Con T idrogeno bollente e facile cosa liquefare e solidificare Taria e Tossigeno. Basta percio immergere in quello un tubetto di vetro chiuso

in fondo e aperto in cima. L'aria, contenuta nel- Tinterno, si raccoglie subito allo stato solido.

Se invece nel cannello v'e ossigeno puro, si forma un solido turchino.

Immergiamo ora nell'idrogeno liquido un'am-

polla di vetro comunicante con un tubetto pure

di vetro, chiuso in cima, e contenente aria pura e secca. Come abbiamo detto, questa, allo stato solido, si raccoglie in fondo al recipiente e dentro esso si forma un vuoto, solo occupato dal mpor d'aria, cioe dal vapore dell'ossigeno, dell'azoto e degli altri gas costituenti Tatmosfera! Con un dardo di fiamma isoliamo il tubetto fondendolo ad un'altezza opportuna e poi facciamo passare attraverso esso la scarica elettrica. Questa trova al suo passaggio una resistenza tale come se nel tubetto fosse stato fatto il miglior vuoto possibile colle macchine a mercurio! Analizziamo allo spettroscopio la luce emessa da questa sea-

LE 3IEEAVIGLIE DELL'ARIA LIQUIDA 203

rica, e nello spettro troveremo le linee caratteristiche AeWelio e del neon, eioe dei gas piii volatili contenuti nella nostra atmosfera.

L* idrogeno liquido permette di preparare con facilita I'azoto ed altri gas allo stato solido. I/apparecchio, molto semplice, e niente altro che una modificazione deH'ordinario crioforo di Wollaston.

Anche nei piii modesti gabinetti di fisica tro-

vasi questo apparecchio per la solidifieazione deH'acqua. Esso e formato da due bolle di vetro comunicanti per mezzo di un tubo ricurvo in

alto. Nell' interne e'e un po' d'acqua e prim a di chiudere alia fiamma Fapparecchio e stata espulsa Faria per mezzo di una prolungata ebullizione. Se si fa passare il liquido nella bolla superiore e si immerge Finferiore in un miscuglio

frigorifero, la tensione del vapore d'acqua contenuto nelFinterno naturalmente si abbassa, seen-

dendo, per es., da mm. 12,7 a mm. 0,21, supposto ehe la temperatura dell a bolla immersa del crio¬

foro scenda da -j-15° a — 10° per effetto dell'immersione nel miscuglio frigorifero. E noto che, pel principio della parete fredda di Watt, non

occorre raffreddare tutto Fapparecchio, bastando raffreddarne una parte. La diminuzione di tensione del vapore nelFinterno permettera alFacqua contenuta di evaporare, e, poiche Fevaporazione la raffredda, Facqua pub passare allo stato solido. L' interessante dell'esperienza agli occhi del pro-


fano e questo: si raffredda una bolla e I'acqua solidifica neH'altra.

II crioforo ehe si usa per la solidificazione dei gas liquidi e analogo, ma ha una bolla raechiusa entro un involucro a doppia parete, avente il vuoto nelhintercapedine, per difendere dal calore esterno il gas liquefatto, che per mezzo di un rubinetto viene versato in detta bolla. Chiuso il rubinetto, si immerge Taltra bolla nelFidrogeno liquido; la

diminuzione di pressione, che il raffreddamento produce nelF interno del crioforo, provoca eva-

porazione e conseguente raffreddamento del gas liquido contenutovi, I'azoto per es., che bolle cosi sotto pressione via via decrescente fino al limite determinate dalla bassissima temperatura dell5 idrogeno liquido. Ad un certo momento, Fazoto solidifica. Si compie insomma lo stesso effetto che se sul gas liquido si operasse il vuoto per mezzo d'una buona pompa pneumatica; solo il processo e molto piii semplice.

§ 11.— Ma un piii economico modo di preparare in grande quantita aria liquida fu ideato da Raoul Pictet nel 1900. E evidente che, se noi potessimo raffreddare Faria a circa 190° sotto zero, po-

tremmo poi ottenerla liquida sotto una piccola pressione, perche, come sappiamo, a 190° bolle sotto la semplice pressione atmosferica. L'apparecchio del Pictet consist© essenzialmente di una pompa di compression©, collegata ad un ser-

LE MERAVIGrLIE DELL'aEIA LIQUIDA 205

pentino, die, dope aver attraversato un recipiente contenente aria liquida, sbocea in una bottiglia

di Dewar. I/aria viene spinta attraverso il ser¬ pentine sotto la pressione di due atmosfere, e si

raflfredda tanto da liquefarsi, mentre Taria liquida eircondante il serpentine entra in viva ebulliziene,

pel calere sottratte alia corrente aerea. Natu- ralmente parte deH'aria liquida deve servire a sostituire quella che serviva da refrigerante e die

e vaporizzata, e quindi non tutta puo adibirsi per lo scope volute. L'inconveniente e che occorre possedere una certa quantita d'aria liquida iniziale per avviarne la preparazione.

Delle esperienze di fisica dilettevole e delle applicazioni puramente scientifiche abbiamo oramai

detto abbastanza. Ci resta a parlare delle applicazioni industriali, sulle quali molto ha laverato la fantasia degli scrittori.

§ 12. — 1/ impiego deH'aria liquida in pratica

sarebbe estesissimo e di grande giovamento se si potesse ottenerla liquida senza apparecchi costosi, complessi e di difficile maneggio, come quelli che noi abbiamo descritti, ovvero se si potesse con

facilita conservarla a lungo. A tale proposito ci preme distruggere un errore molto diffuso, nel quale perb non potrebbe mai cadere chi avesse letto con attenzione queste pagine. Si dice: I'a-

nidride carbonica si trova in commercio in bombe

d'acciaio, che resistono alia pressione, e cosi pub


essere conservata a lungo, spedita ovunque e adoperata come si vuole. Perche non si puo fare lo stesso delParia liquida? Perche mentre la temperatura critica, cioe la temperatura — ri- cordiamolo ancora una volta — al di sopra della quale un corpo non puo esistere, qualunque sia la pressione, che allo stato di gas, e di 81° per Fanidride carbonica, e bene di — 140° per Faria. Se pertanto e facile conservare Fanidride carbonica liquida sotto la temperatura di 31° e impossibile conservare Faria al di sopra di —140°. Appena questa temperatura fosse superata, Faria tornerebbe gazosa e nessun recipiente resiste-

rebbe all'immane pressione che alF improvviso

si svilupperebbe. Poiche non e possibile preparare Faria liquida

che con apparecchi costosi e poiche non e possi¬

bile conservarla tale che per un tempo molto piccolo, il suo impiego industriale per necessita risulta limitatissimo. Tanto per illustrare queste cose, diremo che la societa Linde ad uso indu¬ striale costruisce macchine ad aria liquida di questi diversi tipi:

1° macchina da 10 litri d'aria liquidaall'ora: richiede 30 cavalli-vapore e costa 20.000 marchi.

2° Id. da 20 litri d'aria liquida alFora: ri¬

chiede 52 cav. vap. e costa 30.000 marchi. 3° Id. da 50 litri d'aria liquida alFora: ri¬

chiede 105 cav. vap. e costa 54.000 marchi.

LE MERAYIGLIE DELL'ARIA LIQUIDA 207

4° macchina da 100 litri d'aria liquida al- Tora: ricliiede 190 cav. vap. e costa81.000 marchi.

Come si vede, il costo delle macchine (e da

questi prezzi si intend© eseluso il costo dei mo- tori) e molto grande, ed il rendimento non e ehe

di 1 litro per ogni 3 cav. vapore, e circa 1 litre per ogni due nelle macchine maggiori. Si potra arrivare al piii ad un litro per cavallo e mezzo.

Da calcoli fatti si pub stabilire ehe in un impianto, il quale fabbricasse e smerciasse 1000 kg. d'aria liquida al giorno, il costo potrebbe scen-

dere fino a 15 cent, per ehilogramma d'aria liquida. La spesa sarebbe esigua e chiunque po¬ trebbe provvedersi di questo energico refrige¬ rant© per usi domestici, perb e necessario, come

si e detto, che Y impianto sia grandioso. In una boccia di Dewar un litro d'aria evapora completamente in circa 14 giorni, ma in recipienti di latta rivestiti di feltro e lana, come oggi si

usa per economia, il liquido evapora in ragione di 2 litri circa all'ora. Quali potrebbero essere

poi gli usi pratici e industriali di questo nuovo

e potentissimo refrigerant© ? Adoperarla invece del ghiaccio per raffreddare cibi, bevande o altro non converrebbe, perche per questi piccoli raf-

freddamenti sono molto piu economiche le mac¬ chine a ghiaccio ordinarie. Gli usi pratici dell'aria liquida possono basarsi essenzialmente su queste due sue proprieta: quella d'essere molto fredda,


e quella di essere corpo eminentemente ricco

d'ossigeno: proprieta d'indole fisica Tuna, d'indole chimica Taltra. Per riguardo alia prima, non deve credersi che Taria liquida abbia in se stessa alcuna energia speeiale, come per es. il vapor d'acqua ad alta temperatura. No, le sue doti sono, se si pub dire, completamente negative, avendo ©ssa attitudine grandissima a sottrarre rapidamente molto calore ai corpi con cui viene a contatto. I/aria liquida ci somministra un livello termico estremamente basso, e ci da quindi la

possibilita di ottenere una rilevante discesa di calore dai corpi ordinari che sono ad un livello termico molto piii elevato. E quando il calore

passa da un livello ad un altro pub essere con- vertito in lavoro meccanico. Ci soccorra al solito

un facile paragone. Scaviamo a livello del mare un pozzo profondo: ecco creata una differenza di livello, ecco trovato il modo di produrre del lavoro, solo che si faccia cadere un peso entro il pozzo. I/aria liquida, acquistando calore dai corpi vicini, ritorna

aeriforme, acquista pressione e pub servire, come

aria compressa a circa 800 atmosfere, per spin- gere innanzi stantuffi entro corpi di tromba, per cacciare via proiettili, per lanciare torpedini, ecc. II piroscafo Elena della compagnia Amburghese Americana effettub qualche anno fa il tragitto da Suez a Singapore, consumando IStonnellated'aria liquida al giorno. Perb gli studi che si fanno per

LE MERAVIGLIE DELL'ARTA LIQUIDA 209

potersi valere della grande forza d'espansione

delTaria liquida allorche ritorna gazosa o del sue forte potere comburente a scopo motore, non hanno aneora dati risultati soddisfacenti.

I/aria liquida fu preeonizzata subito come so- stanzaadattatissima per comporre esplodenti, me-

scolandola a sostanze ossidabili, carbone, pe¬

trolic, eec., esplodenti che avrebbero il pregio di godere dello proprieta esplosive per pochi mi-

riuti, cioe finche Taria liquida non e completamente evaporata, ritornando dopo corpi inerti e

inoffensivi. Un semplice ed economico esplodente ad arialiquida si ottiene meseolando polvere di car-

bone e cotone nel rapporto di 2:1, racchiudendo

questa mescolanza entro un cartoccio di carta, e poi imbevendolo in aria liquida che, per eva-

porazione, sia ridotta a contenere il 50 % di ossigeno. Un'ordinaria capsula di fulminato pub produrre I'esplosione del cartoccio, e gli effetti di questa non sono inferiori a quelli d'una sea-

tola di dinamite. Nelle esperienze fatte si pro-

cedette cosi: si portarono sul luogo, dove si vo- leva produrre Tesplosione, capsule piene della

sostanza ossidabile e boccie contenenti aria li¬ quida, o meglio ossigeno liquido ottenuto colhe-

vaporazione di quella. Poco prima di usare le capsule, queste venivano immerse nel liquido, e,

allorche ne erano bene impregnate, le si mette- vano nei fori, appositamente scavati nella roccia,

At.ippi f, Comanducci, La liquefazione, ecc. 14

210 LA LIQUEFAZIOXE DEI GAS E DELL'AKIA

come si fa ordinariamente per la dinamite. Ma I'aria liquida evapora con tanta rapidita che, per quanto breve tempo passi tra la preparazione e Tuso, al momento dell'esplosione non c'e nella capsula che una frazione dell'aria liquida di cui fu prima impregnata. I risultati ottenuti nello scavo del tunnel del Sempione, non furono percio troppo soddisfacenti, ma si puo sperare che, perfezionandosi la tecnica della fabbricazione di questi nuovi esplosivi, essi possano, con grande vantaggio sopratutto dal punto di vista della sicurezza, surrogare gli altri.

Un'applicazione molto utile dell'aria liquida potra essere la preparazione dell'ossigeno, valendosi della proprieta che ha I'azoto di essere piii

volatile di quello e percio di abbandonare spon- taneamente la mescolanza dei due gas, ridotta liquida. Appena preparata, I'aria liquida contiene

35% di ossigeno; quando I'evaporazione ha lasciato 40/ioo del volume primitivo, il residuo li-

quido contiene 50 % di ossigeno; finalmente quando non ne resta che 5/ioo> hossigeno e r88%.

Lo stesso Linde ha costruito una macchina che puo servire alia preparazione dell'ossigeno dal-

I'aria liquida. E noto che I'ossigeno liquido ha molti usi industriali, per es. nella saldatura autogena dei metalli, nella fusione dei minerali, neU'illuminazione, nella fabbricazione dei prodotti chimici, ecc.

LE MEKAYIGLIE DELL'ARIA LIQUIDA 211

§ 13. — I/aria liquida ha ricevuto ancora qualche applicazione terapeutica, avendola Campbel White usata, e con buoni risultati, nella cura del lupus,

del carbonchio, ecc., spruzzandola sulla parte offesa e ottenendo un'iperemia di lunga durata, die impedisce la continuazione del processo infet-

tivo. Campbell White provo anche Taria liquida in un certo numero di casi di sciatica e di herpes zoster ed in un caso di nevralgia facciale, ed ot-

tenne un permanente sollievo applicando Taria liquida all'estremita spinale del nervo malato. Lo stesso Campbell White uso Taria come ane-

stesico locale, e con successo costante, applican- dola per mezzo di uno spray. Se I'applicazione si limita a pochi secondi, la parte diventa ane- mica e bianca, ma presto il colorito ritorna: un'applieazione piii lunga congela la parte offesa e la rende dura come il ghiaccio, ma in pochi

minuti la circolazione si ristabilisce senza che i tessuti rimangano lesi, purche non costituiscano

la punta di qualche estremita, come per es. di

un dito, o d'un orecchio, nel qual caso puo aversi la morte della parte.

I/applicazione delbaria liquida non anestetizza solo il tessuto, ma impedisce anche I'emorragia durante I'operazione. II Campbell White, che si e largamente occupato delle applicazioni tera-

peutiche deH'aria liquida, crede che questa possa essere un mezzo terapeutico, ad ogni altro su-

212 LA LIQUEFAZIOXE LEI GAS E LELL'AUIA

periore, per la guarigione di lesioni superficiali, le quali abbiano resistito finora a ogni altro mezzo di cura, non escluso il coltello, e ehe possa essere un vero specifieo nella cura delle lesioni nevrotiche, Yherpes zoster, la sciatica, la nevralgia intercostale e facciale. Ma Taria liquida potra forse avere applicazioni in medicina, per es., nelle

malattie polmonari e per abbassare la temperatura febbrile. tin largo campo insomma si e aperto

con questa esperienza air investigazione dei dotti,

ed e da sperarsi che Taria, indispensabile alia vita nello stato aeriforme, possa allo stato liquido diventare in molte malattie sicura debellatrice della morte.

§ 14. — Quanto si e detto fin qui, fa intravedere

appena il largo campo di studi e di ricerche che

colla produzione dei gas liquefatti e delle bassissime temperature si e aperto ai diversi rami della scienza e deH'industria. Quali conquiste teoriche, quali pratici risultati, di quanto grande

importanza si potranno ottenere, oggi non lo sap-

piamo nemmeno indovinare, ma Favvenire ci si presenta, per questi nuovissimi studi, pieno di mille e mille promesse! Discendendo via via nella scala della temperatura noi siamo oggi ar- rivati quasi allo zero assoluto, mentre d'altra parte ci siamo elevati fino a circa 4000° colFarco Voltaico! Ma in senso ascendente non esiste un limite, o almeno noi non arriviamo a concepirlo.


Possiamo forse concepire un moto vibratorio die noil possa per rapidita essere superato da un altro? Mentre, imaginando seippre moti vibratori via via meno rapidi, noi giungiaino fino a concepire

la quiete e il riposo assoluto delle molecole e

degli atomi, cioe la scomparsa d'ogni calore dai corpi, die segna il prime gradino, il piii basso deir interminabile scala della temperatura. Se si potra giungere fino ad esso, oggi die ne distiamo

di una diecina di gradi, quali potranno essere le proprieta della materia, allordie e spenta nelle sue infinitesime particelle ogni traccia di movi-

mento, ce lo dira forse la scienza deiravvenire. Ogni passo innanzi verso questo polo del freddo, ora die ne distiamo cosi poco, e immensamente difficile, die le difficolta crescono quanto piu ci

si avvicina alia meta. Probabilmente pero in qualche lontana regione dello spazio celeste, dove

non giunge la radiazione di nessun sole, la tem¬

peratura dello zero assoluto e una realta. Ma die noi possiamo arrivare fino ad esso e state messo in dubbio, fra gli altri dal Guillaume. Ogni gas si liquefa prima di raggiungere tale tem¬

peratura, e le temperature piii basse die per tale via si possano ottenere facendo bollire i gas

liquefatti nel vuoto pneumatico, le avremo rag- giunte coirelio. Si potra arrivare allo zero asso¬ luto con altri artifici? Anche ammesso che si

trovino queste nuove vie per giungere alia meta,


il Guillaume pensa che i nostri sforzi non var- ranno a farci avanzare che (Tuna frazione dello spazio rimasto, sicche, procedendo a frazione di frazione, lo zero assoluto non sarebbe che un limite in alcun modo raggiungibile!

BS. Ciccotti. lot fsuerra e la pace nel mondo anlico L. 8,60 89. Easius. Dirittf e doveri «lclla critica » 3 — 40. Sergi. l>a psiclic ncl fcnoiiieni delta vita » 2,50 41. Henle. I4i vila e la coscienza. — Con figure » 8 — 42. Baccioni. Nel resfiio del prof unao >2,50 43. Strafforello. II projsresso della seienza »3 — 44. Minutilli. l.a Tripolitaiiia. — Con una carta » 3,50 45. Maeterlink. I«a sa^grezza ed il destlno . » 3,50 46. Molli. Ijes grraiidi vie <li comtiiiicazioue » 4 — 47. Vaccaro. l4i lot (a per Fesistenza »3 — 48. Grant Allen. I41 vita ilelle pianie. — Con figure » 3 — 49. Zini. II peiitiiiienlo e la morale ascetira ......... 3 — 60. Materi. I/eloquenza forense ...» 2 — 61. Morasso. I/imperialisiiio artistieo . » 3,50 52. Lombroso. I segni rivelatori della persoualita. — Con figure » 3 — 53. Oddi. Oil aliment■ e la loro fiinzione >4 — 54. Eossi. I Hiiggestionatori e la folia » 2,50 55. Vaccai. te feste di Roma autica » 3,50 56. Marchesini. II dominio dello Kpirito » 3,50 57. Sergi. CSli Arii in Etiropa e in Asia. — Con figure . . . . » 3,50 58. Zanotti Bianco. Istorie di mondi »4 — 59. Harnack. I/essenza del CriistianeKimo »4 — 60. James. 4*li ideali della vita 3 — 61. Baccioni. Rall'alcliimia alia eliimiea. — Con figure . ...» 5 — 62. Cappelletti. l<a leggenda Kapoleoniea. — Con figure ...» 5 — 63. Mach. Analisi delle sentiazioni »4 — 64. Labanca. CJeNu V-rislo. — Con figure »4 — 65. Anderson. Iê eivilta estinte dell'oriente » 8 — 66. Cougnet. I piaeeri della tavola. — Con figure » 5 — 67. Sighele. I/intelligenza della folia » 2,50 68. Hickson. Iia vita nei mari. — Con figure » 2,50 69. Costa. II Buddlia » 3,50 70. Solerti. Iê origini del melodraiinma » 3,50 71. Brofferio. Per lo Kpiritismo » 3,50 72. Clodd. Ktoria dell'Alfalieto. — Con figure » 3 — 73. Del Lungo. tioetlie e Ilelmliolz »2 — 74. Finot. I.a filoNofia della longevita »350 75. Alippi e Comanducci. I.a liquefazione del gas e dell'aria . » 3 — 76. Fraccaroli. I.'irrazionale nel la letteratura » 5 — 77. Conn. II meceani»mo della vita fin corso di stampaj.

NB. — I volumi di questa serie esistono pure elegantemente legati in tela con fregi artistici, con una lira d'aumento eul prezzo indicate.

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