La termodinamica dei gel colloidali

Il microscopio confocale ha permesso di stabilire che la gelificazione avviene con le stesse modalità di un passaggio di fase

Yogurt, gelatina per i capelli, albume d'uovo, dentifricio, maionese, vernici e inchiostri, galantina di pollo hanno in comune la loro consistenza gelatinosa. Sono quello che la scienza chiama sostanze colloidali, comuni nella vita di ogni giorno, ma ancora in parte un mistero per la scienza che ad oggi non ne sa spiegare interamente i principi che ne regolano la formazione ed il funzionamento.
Un gruppo composto da ricercatori dell'Università La Sapienza di Roma e del centro INFM-CNR-SOFT, coordinati da Francesco Sciortino, e dell'Università di Harvard ha chiarito ora il meccanismo fondamentale attraverso cui una soluzione colloidale passa dallo stato liquido a quello di gel, illustrandolo sulla rivista Nature.
Grazie all'utilizzo di un nuovo modello di microscopio confocale, progettato dal team dell'Università di Harvard, e all'elaborazione di modelli teorici i ricercatori hanno analizzato soluzioni colloidali composte da "palline" di dimensioni micrometriche dissolte in un solvente, che iniziano ad attrarsi grazie all'aggiunta di un polimero, per capire come mai si arrestino in una struttura solida, nonostante il loro volume totale occupi solo una piccola parte del volume complessivo del campione.
Grazie alle osservazioni ad alta risoluzione permesse dal microscopio confocale, ed al lavoro di elaborazione dei dati compiuto dal gruppo italiano, che ha tradotto i dati in un diagramma che descrive i passaggi di stato in rapporto a temperatura e pressione, è stato possibile dimostrare che il passaggio dallo stato liquido a quello di gel avviene nel momento esatto in cui le "palline" si fermano perché ha inizio un passaggio di stato termodinamico, al pari di quanto avviene nei passaggi di stato come l'evaporazione.
La separazione di fase genera la formazione di strutture filamentose estese, con concentrazioni sufficientemente alte da innescare localmente una transizione di tipo vetroso, arrestando il sistema in una struttura solida soffice e disordinata.
Nel loro comportamento le particelle colloidali possono essere considerate dei "super-atomi" la cui posizione nel tempo è ora visualizzabile con estrema precisione grazie alla microscopia confocale, e ciò offre un nuovo modello per la comprensione dei meccanismi di arresto cinetico nei sistemi atomici e molecolari.
La scoperta troverà applicazione nel campo alimentare, farmaceutico e cosmetico, dove i processi di gelificazione e di stabilità chimico-fisica dei prodotti hanno un ruolo particolarmente rilevante.

Redazione (06/10/2008)
Pubblicato in Analisi e Commenti
Tag: colloidale, gel

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