Cosa hanno in comune i dentifrici, le gelatine di pollo, le vernici e l’albume dell’uovo? Sono tutti colloidi, cioè materiali dalle proprietà intermedie fra i solidi e i liquidi. Se queste sostanze sono ben note, il processo che regola la loro formazione lo è molto meno. O lo era fino a poco tempo fa. A spiegare su Nature cosa succede, a livello atomico, durante il passaggio dalla fase liquida alla fase colloidale e solida – per fare un esempio concreto, quando il latte diventa formaggio – sono stati i ricercatori dell’Istituto nazionale per la fisica della materia (Infm-Cnr-Soft), dell’Università Sapienza e dell’Università di Harvard.
Coordinati da Francesco Sciortino, direttore del centro Soft del Cnr di Roma, i fisici hanno riprodotto in laboratorio una soluzione contenente delle sfere solide della dimensione di qualche millesimo di millimetro. Con nuovo microscopio ottico confocale ad alta risoluzione ne hanno poi osservato il comportamento durante la transizione (indotta da un polimero) da liquido a colloide. Il movimento delle palline, usate per simulare il comportamento degli atomi, ha svelato cosa avviene nella materia a livello microscopico durante la formazione del gel a partire dalla soluzione liquida: le piccole sfere, che nell’esperimento costituivano il 2-3 per cento del volume complessivo, cominciano ad attrarsi fino ad arrivare a un punto critico in cui si arrestano, corrispondente all’istante in cui avviene il passaggio di fase da liquido a gel.
Trasportando in un diagramma i parametri (temperatura e pressione) che hanno regolato i sistemi termodinamici nei vari esperimenti, i ricercatori hanno infatti mostrato che il passaggio dallo stato liquido a quello di gel avviene sempre nel momento esatto in cui le palline si fermano. Accade allora una separazione di fase in cui si generano strutture filamentari estese, che a loro volta innescano localmente una transizione di tipo “vetroso”, trasformando il sistema in un solido soffice e disordinato.
“La ricerca offre anche un nuovo modello per la comprensione dei meccanismi di arresto cinetico nei sistemi atomici e molecolari”, sostengono gli autori: “Le particelle colloidali infatti possono essere considerate dei super-atomi la cui posizione nel tempo è ora visualizzabile con estrema precisione grazie alla microscopia confocale. La scoperta potrà trovare applicazione nel campo alimentare, farmaceutico e cosmetico, in cui i processi di gelificazione e di stabilità chimico-fisica dei prodotti giocano un ruolo particolarmente rilevante”. (s.s.)
