Quale materiale ha il punto di congelamento più basso?

Il materiale con il punto di congelamento più basso è l'elio. Sotto le pressioni tipiche, non si congela affatto, anche a temperature prossime allo zero assoluto. I motivi per cui sono dettati dalla meccanica quantistica: l'energia del punto zero di un sistema ad elio è troppo grande per consentire il congelamento. L'energia del punto zero è l'energia minima che una particella o un sistema ha sempre, qualunque cosa accada. L'elio è l'unica sostanza che non ha un punto di congelamento a pressione ambiente, indipendentemente dalla temperatura.

Un punto di congelamento per l'elio esiste solo in almeno 25 atmosfere di pressione e una temperatura di 1,15 K. Queste condizioni sono state create in laboratorio attraverso il raffreddamento per evaporazione. Il risultato è un solido incolore, altamente comprimibile, praticamente invisibile. L'elio solido è così difficile da vedere che gli strati di polistirolo vengono utilizzati solo per dire dove si trova. La densità dell'elio solido stesso è solo 66 volte maggiore dell'aria. In confronto, l'acqua è 1000 volte più densa dell'aria.

L'elio fu liquefatto per la prima volta nel 1908 dal fisico olandese Heike Onnes, che lo raffreddò a 1 grado Kelvin. Con sua grande sorpresa, l'ulteriore raffreddamento non gli ha permesso di raggiungere il suo punto di congelamento. Fu solo 18 anni dopo, nel 1926, che il suo studente, Williem Keesom, fu in grado di solidificare l'elio raffreddandolo in una camera a pressione. Oggi, la liquefazione dell'elio è un passo fondamentale per estrarlo dalla terra e immagazzinarlo.

L'elio liquido è spesso usato come agente di raffreddamento criogenico quando l'azoto liquido non è sufficiente. Deve essere tenuto sotto alta pressione e bassa temperatura, altrimenti si espande rapidamente e passa a un gas. L'elio solido non ha applicazioni pratiche al di fuori della ricerca scientifica.

Alcune delle proprietà più insolite dell'elio possono essere perse a temperature vicine allo zero assoluto. A tali temperature, l'elio si comporta come un superfluido, il che significa che scorre con viscosità zero misurabile. Ha anche la tendenza ad arrampicarsi sulle pareti di un contenitore in cui è contenuto.