Tomografia Computerizzata dell’evoluzione di alcune fasi di un gelato, Researchgate

 

 

 Il gelato, abbiamo visto, costituisce un sistema intrinsecamente instabile, a cui si aggiungono le continue perturbazioni delle variazioni ambientali: ciclo termico dei freezer durante la conservazione, la vendita o il trasporto, manipolazioni, etc.
I processi di degradazione della struttura
che ne conseguono, possono essere spiegati in termini termodinamici, in cui la tendenza del sistema è quella di raggiungere il minimo di energia libera.

Questo tema è stato discusso in modo più approfondito qui.
Ciò significa che la grandezza delle particelle della fase dispersa tende ad aumentare mentre il loro numero tende a diminuire.
Esaminiamo in questo articolo alcuni aspetti relativi alla dinamica di formazione del ghiaccio e alla sua degradazione nel corso del tempo.
Come sappiamo solo
una parte dell’acqua presente nel gelato viene trasformata in ghiaccio. La sua quantità, ma anche l’ampiezza della distribuzione delle dimensioni dei cristalli gioca un ruolo fondamentale, ma non unico, nelle caratteristiche reologiche del gelato. ​​ Cristalli più grandi di 50 µm in effetti impartiscono una sensazione di ruvidezza ma aumentano anche la durezza del gelato.
Svelare il meccanismo di formazione dei cristalli di ghiaccio nel mantecatore è materia tutt’altro che semplice e tuttora sotto indagine.
Ricordiamo che un nucleo di cristallizzazione è il cluster di molecole d’acqua ordinate più piccolo possibile, che permetterà il successivo accrescimento del cristallo di ghiaccio.
Ma l’agitazione meccanica provoca un alto grado di disordine favorevole a un significativo super raffreddamento, in cui cioè le molecole d’acqua hanno difficoltà ad allinearsi per formare un nucleo di cristallizzazione.
Pertanto solamente in prossimità delle pareti del cilindro, in cui gira l’albero, si ha il gradiente termico adeguato, ovvero una temperatura ben al di sotto del punto di congelamento, per una loro formazione.
Un semplice approccio matematico è quello di considerare il caso in cui avvenga nucleazione omogenea, descritta dall’equazione di Gibbs-Thomson.
Semplificando la nucleazione può avvenire in due modi: omogenea
ed eterogenea. Nella prima il moto caotico delle molecole fa si che alcune di esse riescano a costituirsi spontaneamente in una configurazione ordinata.
È tuttavia questo un caso più ideale che reale, ma l’equazione è una buona approssimazione per ragionare su alcuni concetti.

 

rs=2γTmΔHfΔT{r} ^{s} = {2 ∗ γ {T} rsub {m}} over {Δ Hf ∗ ΔT}


Prima di analizzarla in dettaglio facciamo una premessa: in
via del tutto generale si può dire che la formazione di un cristallo abbassa l’energia libera proporzionalmente al suo volume (l’acqua al di sotto dello zero forma cristalli per abbassare la propria energia libera), ma bisogna anche tener conto dell’interfaccia tra le due fasi che invece dà un contributo opposto all’energia libera, ovvero innalzandola. Insomma ci deve essere il giusto rapporto tra questi due aspetti.
Bene, ci fermiamo qui e la prossima volta discuteremo più approfonditamente dell’equazione, vedendo come questa ci possa fornire utili insight.

 

Quest’opera è distribuita con Licenza Creative Commons Attribuzione – Non commerciale 3.0 Italia

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