Fenòmens d’alta pressió, canvis en les característiques físiques, químiques i estructurals que la matèria sofreix quan se sotmet a alta pressió. La pressió serveix, doncs, com a eina versàtil en la investigació de materials, i és especialment important en la investigació de les roques i minerals que formen l’interior profund de la Terra i d’altres planetes.
La pressió, definida com a força aplicada a una àrea, és una variable termoquímica que indueix canvis físics i químics comparables als efectes més familiars de la temperatura. L’aigua líquida, per exemple, es transforma en gel sòlid quan es refreda a temperatures inferiors a 0 ° C (32 ° F), però també es pot produir gel a temperatura ambient comprimint l’aigua a pressions aproximadament 10.000 vegades per sobre de la pressió atmosfèrica. De la mateixa manera, l’aigua es converteix a la seva forma gasosa a alta temperatura o a baixa pressió.
Malgrat la similitud superficial entre la temperatura i la pressió, aquestes dues variables són fonamentalment diferents de la manera com afecten l'energia interna d'un material. Les variacions de temperatura reflecteixen canvis en l’energia cinètica i, per tant, en el comportament termodinàmic dels àtoms en vibració. L'augment de la pressió, d'altra banda, altera l'energia dels enllaços atòmics obligant els àtoms a aproximar-se en un volum menor. Així, la pressió serveix com a potent sonda d'interaccions atòmiques i d'enllaç químic. A més, la pressió és una eina important per sintetitzar estructures denses, incloent-hi materials de gran superfície, nous líquids i gasos solidificats i fases similars als minerals que se sospita que es produeixen a la Terra i altres planetes.
S'han introduït nombroses unitats per a mesurar la pressió i, de vegades, es confonen a la literatura. Sovint es cita l’atmosfera (atm; aproximadament 1.034 quilograms per centímetre quadrat [14,7 lliures per polzada quadrada], equivalent al pes d’uns 760 mil·límetres de mercuri) i la barra (equivalent a un quilogram per centímetre quadrat). Casualment, aquestes unitats són gairebé idèntiques (1 bar = 0,987 atm). El pascal, definit com un newton per metre quadrat (1 Pa = 0,00001 bar), és la unitat de pressió oficial SI (Système International d'Unités). No obstant això, el pascal no ha obtingut una acceptació universal entre investigadors d’alta pressió, potser per la difícil necessitat d’utilitzar el gigapascal (1 GPa = 10.000 bars) i el terapascal (1 TPa = 10.000.000 bars) per descriure resultats d’alta pressió.
En l'experiència quotidiana, es produeixen pressions més que ambientals, com ara, per exemple, olles a pressió (uns 1,5 atm), pneumàtics pneumàtics d'automòbils i camions (normalment de 2 a 3 atm) i sistemes de vapor (fins a 20 atm). Tanmateix, en el context de la investigació de materials, la “pressió alta” sol referir-se a pressions en els intervals entre milers i milions d’ambients.
Els estudis sobre matèria a alta pressió són especialment importants en un context planetari. Els objectes de la rasa més profunda de l’oceà Pacífic estan sotmesos a uns 0,1 GPa (aproximadament 1.000 atm), equivalents a la pressió que hi ha sota d’una columna de roca de tres quilòmetres. La pressió al centre de la Terra supera els 300 GPa, i les pressions dins dels més grans planetes, Saturn i Júpiter, es calcula que són aproximadament de 2 i 10 TPa, respectivament. A l’extrem superior, les pressions dins de les estrelles poden superar els 1.000.000.000 de TPa.
Producció d’alta pressió
Els científics estudien materials a alta pressió confinant mostres en màquines especialment dissenyades que apliquen una força a la zona de la mostra. Abans del 1900, aquests estudis es realitzaven en cilindres de ferro o acer més aviat cru, normalment amb juntes de cargol relativament ineficients. Les pressions màximes de laboratori es van limitar a aproximadament 0,3 GPa, i les explosions dels cilindres eren un fet comú i de vegades perjudicial. El físic nord-americà Percy Williams Bridgman, de la Universitat de Harvard a Cambridge, Mass, va introduir millores dramàtiques en els aparells d'alta pressió i en les tècniques de mesurament, el 1905 Bridgman va descobrir un mètode per empaquetar mostres a pressió, inclosos gasos i líquids, de tal manera que el segellat La junta sempre ha experimentat una pressió més alta que la mostra estudiada, confinant així la mostra i reduint el risc de fallada experimental. Bridgman no només va assolir pressions de rutina per sobre dels 30.000 atm, sinó que també va poder estudiar fluids i altres mostres difícils.
