Fenomeni reversibili (o quasi)

Quando le trasformazioni della materia destano stupore anche in cucina!

Nella vita di ogni giorno siamo circondati da tante trasformazioni: le creature viventi nascono, crescono e si trasformano, ed anche i cibi vengono cotti e trasformati nel nostro organismo per svolgere le funzioni biologiche. Ma vi siete mai chiesti come mai si possa rompere un uovo e batterlo, ma senza poter tornare indietro all’uovo intero? O come mai, cotta una bistecca, non possiamo ottenere la bistecca cruda da quella cotta? Domande che ad un primo impatto potrebbero sembrare assurde, eppure una risposta ce la fornisce la termodinamica, scienza che studia le variazioni di energia che si verificano durante le trasformazioni.

Cosa accade nelle trasformazioni fisiche e chimiche che avvengono spontaneamente? A ben guardare, il passaggio dal presente al futuro in queste trasformazioni comporta un aumento del disordine. Quando sciogliamo semplicemente in acqua del sale da cucina, gli ioni sodio e gli ioni cloro - disposti nel cristallo solido in modo ordinato - si distribuiscono in maniera disordinata nella soluzione. I fenomeni che portano ad un aumento del disordine sono sempre più probabili di quelli che tendono all’ordine. L’aumento del disordine è quindi ciò che ci consente di distinguere il passato dal futuro.

L’entropia in fisica è una grandezza strettamente legata all’aumento del disordine che si verifica nella trasformazione di un sistema; essa è stata a giusta ragione definita “freccia del tempo”. Storicamente il concetto di entropia fu introdotto per la prima volta da Clausius nel 1865, ed essa è legata alla irreversibilità dei fenomeni naturali: un processo irreversibile fa aumentare sempre l’entropia, mentre un processo reversibile la lascia invariata. Un principio generale ci dice che tutti i processi reali sono irreversibili, e perciò l’entropia dell’intero universo aumenta sempre: ciò significa che anche il disordine aumenta.

La caratteristica di un processo reversibile è che esso può, o potrebbe, procedere altrettanto bene nelle direzioni temporali avanti o indietro, mentre un processo irreversibile può procedere solo in una direzione temporale e violerebbe le leggi della fisica se procedesse nella direzione temporale inversa. Ma vediamo ora due esempi di fenomeni apparentemente reversibili in cucina.

EFFETTO OUZO

Alcuni alcolici a base di anice, come ad esempio l’ouzo greco, il pastis francese, il raki turco e la sambuca italiana, hanno uno strano comportamento. La loro trasparenza si riduce aggiungendo acqua, così che finiscono per assomigliare al latte; ma possiamo tornare alla trasparenza di partenza aggiungendo ancora altro alcol. Come si spiega questo effetto?

Gli alcolici in questione non sono altro che soluzioni omogenee di alcol etilico e olio di semi di anice; essi sono trasparenti alla luce in condizioni normali, ma l’aggiunta dell’acqua fa sì che quando questa rappresenta una determinata frazione del miscuglio, indicata come valore critico, le molecole dell’olio di semi di anice a causa della insolubilità in acqua formano delle goccioline sospese nel miscuglio. E’ avvenuta una transizione di fase perché da una soluzione uniforme il liquido è diventato un’emulsione di gocce in un liquido.

Le gocce in sospensione diffondono ora la luce in tutte le direzioni dando alla bevanda un aspetto latteo. L’aggiunta di altro alcol porta la frazione di acqua al di sotto del valore critico, così che la transizione di fase si verifica di nuovo, ma nella direzione opposta e quindi la bevanda torna ad essere trasparente. Apparentemente, dunque, questo fenomeno è reversibile: in realtà, per poter tornare alla trasparenza iniziale, abbiamo “ annacquato” il nostro liquore.

FUSIONE DEL CIOCCOLATO

Accanto all’esperimento con i liquori all’anice, potrete provarne anche uno a tema cioccolato. Non vi servirà altro che una barretta di cioccolato, uno stampo per cioccolatini, un pentolino e un fornello. Scaldando a bagnomaria il cioccolato si assiste alla fusione “pastosa”, caratteristica di questo ed altri solidi come il burro o il vetro. Versando la massa fluida nello stampo e facendolo raffreddare in frigorifero, otterremo dei cioccolatini e ci sembrerà così di aver prodotto un processo reversibile - avendo ottenuto nuovamente il cioccolato allo stato solido.

Osserviamo però che, se il cioccolato viene “contaminato” da una goccia d’acqua durante la fusione questa si ferma e quindi il processo non procede uniformemente, e che quando versiamo la massa fluida nello stampo o ricopriamo ad esempio delle fragole, l’aspetto che ha il nostro cioccolato è opaco e la sua consistenza è friabile, poco somigliante al cioccolato lucido scuro che abbiamo utilizzato.

La spiegazione è nel burro di cacao, ingrediente dominante nel cioccolato; i suoi numerosi trigliceridi nel raffreddamento non assumono una forma cristallina, ma possono assumerne da una a sei diverse, ognuna delle quali è più stabile dell’altra ed ha un punto di fusione più alto. Solo una di queste sei forme cristalline è quella che può restituirci il cioccolato solido con l’aspetto lucido che aveva e dal rumore croccante al primo morso.

A questo serve, non a caso, la fase di produzione detta temperaggio, che comporta un attento controllo della temperatura della massa fluida mentre si raffredda; ma si può anche usare il metodo conosciuto come “semina” o “inseminazione, che consiste nell’aggiungere un pezzo di cioccolata integra nel pentolino del cioccolato fuso, e mescolare mentre il tutto si raffredda. Il cioccolato che si raffredda preferirà assumere la stessa struttura cristallina del pezzetto introdotto, e quando indurirà avrà l’aspetto lucido desiderato.

Scritto da Elena Stante

Laureata in Matematica nel 1981 presso l’Università degli Studi di Bari, dal 1987 insegna Matematica e Fisica presso il Liceo Ginnasio Aristosseno di Taranto .

Ha partecipato ai progetti ESPB, LabTec, IMoFi con il CIRD di Udine e a vari concorsi nazionali e collabora, con la nomina di Vice Direttore, alla rivista online Euclide, giornale di matematica per i giovani.