28. VASO DI DEWAR

Sir James Dewar (1842-1923) era un chimico e un fisico scozzese, noto per il suo lavoro sulle proprietà della materia a bassa temperatura (vicino allo zero assoluto) e sulla liquefazione dei gas. Riuscì a liquefare (1898) e solidificare (1899) l'idrogeno. E' in questo periodo che inventò il contenitore Dewar (da cui successivamente è stato elaborato il thermos).

Il vaso Dewar rappresenta il primo esempio di criostato ad alta efficienza, progettato e realizzato nel 1982  dal chimico e fisico inglese James Dewar (Kincardine-on-Forth 1842 – Londra 1923) nell’ambito dei suoi studi pionieristici sulla liquefazione dei gas e sulle tecniche criogeniche (tecniche di raffreddamento a temperature molto più basse della temperatura ambiente).

La prima versione dello strumento consisteva in un vaso a doppia parete di ottone, in cui l’aria tra le due pareti veniva aspirata per sfruttare le proprietà isolanti del vuoto. In breve tempo però Dewar stesso apportò notevoli modifiche al prototipo iniziale, sfruttando le nuove conoscenze che si facevano strada nella comunità scientifica del tempo: le pareti in ottone furono sostituite da pareti in vetro soffiato, nello spazio vuoto tra di esse furono introdotti materiali quali polvere di carbone, silice, allumina e ossido di bismuto, capaci di aumentare lo stato di vuoto per crioassorbimento, e infine la parete in vetro interna e quella esterna del vaso furono ricoperte di un sottile rivestimento in argento; tali modifiche portarono quindi alla realizzazione della versione definitiva del vaso  di Dewar che egli stesso presentò durante  una conferenza presso la Royal Institution of Great Britain nel gennaio del 1893. Le peculiari caratteristiche del vaso riducevano drasticamente l’ingresso termico nella sua cavità interna attraverso tutte le forme possibili di trasferimento del calore: l’uso del vetro, buon isolante termico, minimizzava la conduzione del calore, il vuoto (assenza di materia) presente tra le pareti riduceva la convezione, ed infine lo strato argentato rifletteva la radiazione termica riducendo, quindi, lo scambio termico radiativo. Per questi motivi, dalla fine dell’ 800 fino a pochi decenni fa, il vaso Dewar è stato lo strumento maggiormente utilizzato come contenitore di liquidi criogenici quali azoto o elio liquidi per generare basse temperature: minimizzando gli apporti di calore dall’esterno, questo apparecchio mantiene il liquido criogenico in esso contenuto allo stato condensato, ad una temperatura prossima a quella di ebollizione; in questo modo, il calore del sistema sperimentale da raffreddare (es. campioni biologici, sensori, ecc.) viene assorbito dal liquido criogenico come calore latente di evaporazione ed è quindi possibile raffreddare tale sistema e mantenerlo a temperature molto basse (criogeniche) per tempi prolungati. 

Oltre che come criostato, il vaso Dewar è stato negli anni ampiamente utilizzato nell’ambito della ricerca scientifica anche per la liquefazione e il trasporto dei gas: infatti, gas liquefatti refrigerati possono essere trasportati a pressioni molto più basse dei gas liquefatti non refrigerati, riducendo le problematiche di sicurezza connesse alla gestione dei recipienti sotto pressione. Tuttavia, il principale uso commerciale del vaso Dewar dai primi anni del ‘900 ad oggi è stato quello di contenitore termico per uso domestico: grazie alle sue eccezionali proprietà isolanti, esso mantiene a lungo inalterata la temperatura, calda o fredda, dei liquidi in esso conservati; a tale scopo esso fu prodotto e venduto per la prima volta nel 1904 dalla compagnia tedesca Thermos GmbH; nel 1907 i diritti di marchio furono venduti a tre compagnie indipendenti: Thermos Bottle Company di Brooklyn, Thermos Limited di Tottenham, e Canadian Thermos Bottle Co. Ltd. di Montreal che hanno continuato a produrlo e commercializzarlo sotto il nome ormai comune di “Thermos”.

Riferimenti:

Jaime Wisniak, Indian Journal of Chemical Technology (2003), vol. 10: 424;

James Dewar, Proc Royal Inst (1899), vol. 16 (1): 212;

Robert J. Soulen, Physicstoday (1996), vol. 49 (3): 32;

http://www.bbc.co.uk/ahistoryoftheworld/objects/ueq9AH6iTwqox0tmEW3fFg

http://www.rigb.org/our-history/iconic-objects/iconic-objects-list/dewar-flask

http://www.cryogenicsociety.org/resources/cryo_central/history_of_cryogenics/

http://www.rsc.org/chemistryworld/Issues/2008/August/DewarsFlask.asp