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Enigmi frizzanti – I segreti delle bollicine, tra fisica, chimica e gastronomia – 2

Se le bollicine nelle bevande gassate sono spesso artificiali, sono invece naturalissime quelle dello spumante. Per ottenere vini spumanti, infatti, si aggiungono al vino lieviti naturali e zucchero, che portano alla formazione di anidride carbonica. Le bollicine sono un indice di qualità: i sommelier ne valutano il numero e la “grana”, cioè le dimensioni, oltre alla persistenza. La fontanella di bolle che risale nel calice ha addirittura un nome tecnico: perlage. Più le bollicine sono piccole e numerose, e il perlage persistente, più lo spumante è pregiato.

A volte le bollicine si sprigionano da solidi: basta aggiungere acqua. E’ il caso dei medicinali in compresse effervescenti, delle pastiglie di digestivo o della magnesia. Tutti questi preparati contengono cristalli di un acido, generalmente citrico, e bicarbonato di sodio. Questi, in ambiente secco, possono convivere senza reagire chimicamente. Ma basta aggiungere acqua perché s’inneschi una reazione che produce, tra l’altro, anidride carbonica. Lo stesso fenomeno avviene con gli sciogli-calcare: gli acidi in essi contenuti attaccano il carbonato di calcio che compone il calcare, e nella reazione si libera anidride carbonica: è questa a creare l’effervescenza sulla macchia di calcare mentre viene sciolta.

E le caramelle frizzanti, che fanno le bollicine in bocca? Anche qui tra gli ingredienti ci sono cristalli di acido citrico e bicarbonato, che sono attivati dalla saliva.

Ci sono poi effervescenze dovute all’applicazione di una forza. Basta scuotere una bottiglia piena d’acqua: quando ci si ferma, si nota una serie di bolle che risalgono. Questo succede perché agitando il flacone si rompe la superficie del liquido che, richiudendosi, ingloba porzioni di aria. L’aria è un gas poco solubile, quindi forma subito bolle che risalgono in superficie. Una minima parte resta disciolta e si coagula in bollicine solo in seguito (è il caso del bicchiere d’acqua lasciato durante la notte sul comodino).

Sono fatte di aria inglobata anche le bolle della scia delle barche. La rotazione dell’elica richiama aria, parte della quale rimane intrappolata quando la superficie dell’acqua si richiude. C’è però un altro meccanismo coinvolto, che è quello della cavitazione: la formazione, in un liquido, di cavità piene di vapore del liquido stesso o di altri gas. La velocità delle eliche fa diminuire la pressione dell’acqua a contatto con la pala e produce queste bolle di cavitazione, che poi implodono provocando l’erosione di eliche e turbine.

Le bollicine sono coinvolte anche in un fenomeno fisico tuttora inspiegato, quello della sonoluminescenza: un’onda sonora della giusta intensità e frequenza fa implodere le bollicine presenti nell’acqua, con la contemporanea produzione di un lampo luminosissimo. All’interno di queste bollicine che implodono, si ritiene che la temperatura arrivi a migliaia o forse milioni di gradi. Queste bollicine diventano per un istante micro-reattori di reazioni chimiche, innescate dall’energia sonora, e il cui unico prodotto visibile è la luce. Dalle bollicine, possiamo ancora aspettarci molte sorprese.

Enigmi frizzanti – I segreti delle bollicine, tra fisica, chimica e gastronomia

Sono insapori, ma indispensabili nei brindisi. Sono innocue, eppure corrodono le eliche. Sono ben note, eppure al centro di un fenomeno ancora misterioso come la sonoluminescenza.

Sono impalpabili, non hanno sapore e tendono a dissolversi nell’aria. Eppure, senza di loro i brindisi (ma anche i pranzi di tutti i giorni) non sarebbero più gli stessi. Le bollicine sono ingredienti fondamentale di tante bevande, dall’acqua minerale allo champagne. E sono amate: gli italiani ogni anno bevono circa 900 milioni di litri di bibite frizzanti, 135 milioni di bottiglie di spumanti e più di 3 miliardi di litri di acqua gassata.

Quanto contano, le bollicine? Moltissimo, a giudicare dai precedenti storici: già Plinio il Vecchio, nel I secolo d. C., vantava le sue scorte di acqua naturalmente effervescente.

Liscia o gassata?

“Liscia o gassata?” ci viene chiesto al ristorante. La differenza è, appunto, in un gas: l’anidride carbonica sciolta nel liquido. A una temperatura di 20 gradi, in un cm3 di acqua si possono sciogliere ben 0,88 cm3 di anidride carbonica, contro solo 0,01 cm3 di altro gas come l’aria. Nel liquido (per esempio in una bottiglia di acqua frizzante ancora tappata), l’anidride carbonica è in forma di microbolle che noi non vediamo: queste tendono a fondersi tra loro in sfere più grandi, formando appunto le bollicine, non appena l’apertura della bottiglia crea una depressione. Il flusso di anidride carbonica continua finché la bibita non è completamente sgassata.

All’acqua, le bollicine possono essere aggiunte artificialmente, introducendo anidride carbonica dopo il prelievo dalla sorgente, ma questo processo avviene anche in natura, quando l’acqua attraversa minerali che rilasciano anidride carbonica. Il risultato è un’acqua naturalmente frizzante.

Alcune fonti “effervescenti” sono conosciute fin dall’antichità e vengono sfruttate ancora oggi. E’ il caso della sorgente Ferrarelle, a Riardo (Caserta): avevano provato la sua acqua Vitruvio, Cicerone, Plinio il Vecchio. Anche le sorgenti dell’acqua di Nepi (Viterbo) erano utilizzate dai Romani, tanto che la famiglia dei Gracchi aveva fatto costruire qui le terme.

Le fonti gassate furono le uniche produttrici di bollicine fino al 1767, quando il medico inglese Joseph Priestley inventò la prima “acqua carbonata”, cioè con l’aggiunta di anidride carbonica. Qualche decennio più tardi scoppiò la moda delle bevande gassate. In particolare negli Usa, dove si diffusero le “soda fountain”, gli impianti per acqua gassata alla spina. Si iniziarono a preparare bibite aromatizzate con erbe e spezie, e nel 1886 John S. Pemberton, di Atlanta, inventò la Coca-Cola.

Questione di gusti

Ma perché a qualcuno le bevande gassate piacciono tanto? Un motivo è che in presenza di bollicine la salivazione aumenta: la bevanda gassata sembra così più dissetante. Cosa accade, poi, bevendo le bollicine? La temperatura più alta all’interno del corpo e l’acidità dei succhi gastrici diminuiscono la capacità dell’anidride carbonica di restare disciolta, infatti non a caso in un liquido acido come la Coca-Cola, l’anidride carbonica viene espulsa velocemente all’apertura della bottiglia, e forma la spuma: il gas ancora presente nel liquido viene così liberato. L’anidride carbonica introdotta nello stomaco, comunque, non viene digerita ma espulsa con l’eruttazione: di conseguenza, le pareti dello stomaco si rilasciano dando una sensazione, falsa, di avvenuta digestione. Ecco da dove nasce l’errata convinzione che le bevande gassate favoriscano la digestione. Anzi a lungo andare possono arrecare danni all’apparato digerente.

L’acqua gassata dilata le pareti dello stomaco, come se questo fosse pieno di cibo e lo induce a secernere troppi succhi gastrici, che possono intaccarle. L’acqua gassata non è invece dannosa nelle diete dimagranti, semmai l’anidride carbonica provoca gonfiore. Continua domani.

Esplosivo e inossidabile, malleabile e rigido, leggero e riciclabile

L’alluminio dei miracoli – 3

E il tetrapack, la confezione in carta e alluminio utilizzato per latte e succhi di frutta? Si possono riciclare insieme alla carta. La parte in carta, infatti viene recuperata, e l’alluminio è bruciato per ricavare energia. Ma si lavora già ad impianti dove avverrà il riciclo completo.

Già oggi riciclabili sono invece i cavi dell’alta tensione, anch’essi in gran parte d’alluminio. Rispetto al rame, per esempio, l’alluminio è 3 volte più leggero e, a parità di peso, conduce il doppio dell’elettricità. Cavi e contatti in alluminio si trovano anche nelle lampadine e nei circuiti integrati.

Oltre a essere un buon conduttore di elettricità, l’alluminio riflette sia la luce sia le microonde. Per questo lo si usa per gli specchi ad altissima precisione dei telescopi, e anche per registrare cd e dvd: i dati sono rappresentati da incavi presenti sulla pellicola d’alluminio, protetta da uno strato di plastica.

Le proprietà riflettenti sono usate anche per isolare termicamente. In molti casi, infatti, la fonte principale di calore non è il contatto diretto con l’aria, ma l’irraggiamento. I pannelli di protezione in alluminio che ricoprono gli edifici, infatti, respingono la luce ed il calore del sole: lo stesso principio utilizzato nei thermos e nelle tute degli astronauti… l’alluminio presente negli indumenti d’alta moda, invece, non ha scopi tecnologici ma estetici. Anche se di classe: basta pensare ai capi disegnati da Paco Rabanne e Issey Miyake, ai gioielli di Arline Fisch, alle borse di Salvatore Ferragamo.

Perché tanto interesse per questo materiale? Forse il motivo è lo stesso per cui l’alluminio ha successo nell’arredamento. L’alluminio è un materiale elegante e neutrale, che si abbina a tutto. Nell’arredamento offre nuove prospettive di disign, perché si presta ugualmente bene per uffici, appartamenti e giardini.

Del resto, l’alluminio è sempre piaciuto. Ai tempi di Verne, quando era rarissimo, si racconta che Napoleone III accolse il re del Siam con un banchetto in cui posate e piatti erano in alluminio. L’oro zecchino non sarebbe stato all’altezza di un tale ospite.

I cugini: titanio e magnesio

I metalli leggeri più importanti, dopo l’alluminio, sono il titanio e il magnesio. Il primo è molto resistente, mentre il secondo ha una leggerezza impareggiabile. Entrambi sono più costosi dell’alluminio (soprattutto il titanio) e quindi meno usati. Ma, in futuro, la loro importanza potrebbe aumentare.

Il titanio, il quarto metallo in ordine di abbondanza nella crosta terrestre, è particolarmente promettente perché anche se è quasi due volte più denso, il titanio ha caratteristiche meccaniche più elevate rispetto alla media delle leghe d’alluminio: è resistente alla corrosione e biocompatibile. Per questo è utilizzato nell’industria aeronautica, in quella chimica e nella produzione di protesi. Le sue polveri, tra l’altro, sono in grado di produrre spettacolari fuochi d’artificio.

1808 – L’inglese Sir Humphry Davy deduce l’esistenza dell’alluminio e gli dà il nome.

1821 – Il francese Pierre Berthier scopre nei pressi di Les Baux (Francia meridionale), un terreno argilloso e rossatro, composto al 52% d’alluminio: la “bauxite”.

1825 – Hans Christian Oersted, danese, isola l’alluminio puro.

1845 – Il tedesco Freidrich Wohler misura la densità dell’alluminio.

1854 – Il francese Henri Sainte Claire Deville inizia la produzione industriale. Il prezzo cala del 90% in 10 anni.

1855 – Una barra di alluminio è per la prima volta presentata al pubblico, a Parigi.

1886 – Scoperta del processo elettrolitico, ancora oggi utilizzato nella produzione industriale.

1888 – Compaiono le prime industrie in Francia, Svizzera e Usa.

1900 – Inizia la grande produzione industriale: 8 mila tonnellate all’anno.

1946 – La produzione raggiunge le 689 mila tonnellate annue.

1963 – Prodotta la prima lattina.

1999 – Produzione mondiale 24 milioni di tonnellate. Più di 7 milioni di tonnellate provenienti dal riciclo.

Esplosivo e inossidabile, malleabile e rigido, leggero e riciclabile

L’alluminio dei miracoli – 2

Stesso discorso per navi e yacht: circa la metà dei fuoribordo sono in alluminio e un moderno traghetto può contenerne fino a 400 tonnellate. Sono in alluminio anche tutti i treni superveloci, i bullet train giapponesi, i Tgv francesi e anche il nostro Pendolino. In Italia, oltretutto, si aggiungono alla lista molti tram e vagoni della metropolitana, tra cui quelli più moderni in circolazione.

Su strada sono i camion a fare la parte del leone: il 90% dei rimorchi ha un corpo di alluminio. E le automobili? Si è cominciato dai motori. Tutte le testate sono in alluminio e in molti casi sono in alluminio anche il basamento del motore, i pistoni, la coppa dell’olio e così via. i vantaggi sono il minor peso e la più rapida dispersione del calore.

Anche l’inquinamento diminuisce, fino a 20 tonnellate di anidride carbonica in meno per ogni tonnellata di alluminio usata, in virtù del fatto che una vettura più leggera consuma meno.

Negli anni ’50-’60 del secolo scorso in un’auto c’erano in media 40 kg di alluminio, attualmente si superano i 100kg, perché si utilizza l’alluminio anche per il telaio e nella carrozzeria anche perché rispetto all’acciaio, l’alluminio pesa la metà e dura più a lungo. E la cosa non meno importante è che può essere riciclato all’infinito.

L’alluminio si trova anche nella metà delle pentole prodotte a livello mondiale. Qualche anno fa girava la voce che le pentole di alluminio facessero male. Non è esattamente così, anche se è bene usare qualche attenzione. I cibi lasciati a lungo (un giorno o anche più) in pentole o contenitori d’alluminio possono sciogliere questo metallo, soprattutto se si tratta di sostanze acide, come pomodori e agrumi, oppure salate, come salumi o pesce sotto sale.

Gli acidi e i sali, infatti, possono intaccare lo strato esterno d’ossido e attaccare direttamente il metallo. Anche se le conseguenze non sono gravi: appena ripulita la pentola, lo strato d’ossido si riforma e tutto torna come prima… e l’alluminio eventualmente ingerito? Secondo alcuni studi che dichiarano: “Finora non è stato dimostrato alcun effetto nocivo dell’alluminio per la salute, il nostro corpo, infatti, ne contiene appena 35 mg (ripartiti soprattutto tra polmoni e scheletro) e assorbe appena lo 0,001% di quello che ingerisce”

Oltre alle pentole, in cucina ci sono anche i rotoli e moltissimi tipi di confezioni: dalle lattine alle caramelle alle vaschette. Per forza: bastano appena 6 millesimi di millimetro (un quinto dello spessore di un foglio di carta) per ottenere l’isolamento completo da aria, luce, umidità e microbi.

Un piccolo prodigio in sé sono le lattine: spesse appena un decimo di millimetro, reggono una pressione di oltre 6 atmosfere, 3 volte più di un pneumatico. E sono interamente riciclabili. Continua. 2

Scienza e Tecnologia – l’acqua

Acqua

L’acqua è quel liquido naturale senza il quale non potrebbe sussistere la vita sulla Terra. Animali e piante contengono più acqua che non altre sostanze. Nella vita giornaliera dell’uomo l’acqua ha un’importanza notevolissima, maggiore di qualsiasi altra cosa, ad eccezione dell’aria che egli respira.

Ciò nonostante, vi è tale abbondanza d’acqua che l’uomo non ci fa più gran caso. In aggiunta all’uso comune dell’acqua, l’uomo la impiega per produrre energia e per i trasporti.

L’acqua è quel liquido che ricopre circa i sette decimi della superficie terrestre; essa costituisce la cosiddetta idrosfera. Le correnti che si formano in quelle grandi masse di acqua che sono gli oceani influenzano il clima di diverse regioni della Terra. Ad esempio, senza l’esistenza della Corrente del Golfo, la Gran Bretagna e tutta l’Europa settentrionale avrebbero un clima così freddo che per l’uomo sarebbe quasi impossibile abitarvi.

L’acqua per la forza di gravità scorre verso il basso lungo il corso dei fiumi e costituisce una forza che può essere imbrigliata per far funzionare le centrali elettriche, le macchine, i mulini, ecc. La tensione superficiale dell’acqua fa sì che la pioggia possa cadere in forma di minute goccioline. L’acqua costituisce una via di comunicazioni sulla quale l’uomo può trasportare merci in quasi tutti i luoghi della Terra.

L’acqua del mare porta in soluzione quasi tutti gli elementi chimici conosciuti. Ad esempio il bromo usato come antidetonante nelle benzine viene estratto dalle acque marine. I sali di potassio usati come fertilizzanti vengono ricavati anche da acque di alcuni laghi salati.

Quando l’acqua passa allo stato di vapore, per mezzo del calore, il suo volume aumenta di ben 1250 volte creando una forza capace di azionare le locomotive ed altre macchine a vapore. L’acqua è praticamente incompressibile e viene per questo motivo impiegata in molti usi tecnici. Quantunque essa sia un cattivo conduttore del calore e dell’elettricità, se pura, ha un calore specifico più alto di numerose altre sostanze; essa è infatti stata adottata come modello per le misure di calore specifico e peso specifico.

Negli organismi l’acqua costituisce gran parte del protoplasma che è la sostanza fondamentale della materia vivente. Il sangue dell’uomo e la linfa dei vegetali sono costituiti essenzialmente da acqua; l’uomo deve quindi bere, cioè introdurre nel corpo una notevole quantità di acqua per vivere; se un uomo non beve acqua, dopo 8-10 giorni va incontro a sicura morte. Il corpo umano è infatti costituito per due terzi circa da acqua.

L’acqua in generale non è pura, anche se i chimici la descrivono come una sostanza liquida di formula H2O cioè costituita da 2 parti di idrogeno ed una di ossigeno. Ad eccezione dell’acqua piovana e dell’acqua derivante dallo scioglimento dei ghiacci della banchisa polare, l’acqua contiene sempre alcune impurezze. L’acqua del mare contiene ad esempio una notevole quantità di sali in particolare di cloruro di sodio. Le acque sorgive di monte e le acque di alcuni pozzi possono essere ferruginose o solforose, possono contenere cioè sali di ferro o acido solfidrico. Queste impurezze possono rendere imbevibili e disgustose le acque potabili, oppure possono essere dannose per gli impianti industriali che le utilizzano.

Dal momento che l’acqua è un liquido indispensabile alla vita umana, sono stati istituiti centri sanitari per analizzare le acque e per compiere ricerche atte ad eliminare le impurità dell’acqua che deve servire per uso potabile.

In molti paesi l’acqua potabile viene pompata direttamente da notevoli profondità dal sottosuolo delle pianure. Nei paesi di montagna vengono ricavate acque da sorgenti naturali; nei grandi centri abitati dove si è costretti ad usare come potabili l’acqua dei fiumi e dei laghi, essa viene sottoposta a processi di purificazione progettati e realizzati da ingegneri specializzati. Vi sono diversi metodi per purificare l’acqua; quello più diffuso consiste nell’aggiungere ipoclorito di calcio che sviluppa cloro all’acqua. Anche l’acqua delle piscine viene trattata con cloro per evitare infezioni e contagi ai bagnanti.

Il termine acqua dura generalmente viene applicato alle acque che contengono notevoli quantità di sali di calcio e magnesio. Le acque prive di calcio e magnesio vengono chiamate dolci. Nelle acque è contenuto generalmente il bicarbonato di calcio; ed è proprio questo sale che si trasforma in carbonato e fa la sua apparizione in forma di incrostazioni bianche sulle pentola o sulle pareti della caraffa dell’acqua dopo un periodo di uso. Esistono diversi modi per attenuare la durezza delle acque: quello più diffuso attualmente è il sistema dello scambio cationico. Si riesce cioè a far intervenire uno scambio tra gli ioni di calcio e magnesio dell’acqua e ioni di sodio e potassio. Questo scambio avviene perché i cloruri di sodio e potassio, molto solubili, provocano la separazione dei sali di calcio e magnesio dall’acqua in forma di precipitato (che intorbida l’acqua stessa). Esiste anche il metodo della deionizzazione che rimuove i sali sciolti nell’acqua mediante l’uso di alcune sostanze resinose.

Esperimento: potete fare bollire dell’acqua raffreddandola.

1 – Mettete dell’acqua in una bottiglia di pyrex. Sistemate la bottiglia in un recipiente contenente dell’acqua. Mettete tutto sul gas. Lasciate che l’acqua si scaldi finché l’acqua che avete messo nella bottiglia bolla per almeno cinque minuti.

2 – Chiudete il gas o togliete la fonte di calore. L’acqua smetterà di bollire. Tappate immediatamente la bottiglia e capovolgetela risistemandola nel recipiente.

3 – Versate lentamente un bicchiere di acqua gelata sulla bottiglia. Riprenderà l’acqua a bollire? Perché? Se considererete la differenza di pressione d’aria, avrete la risposta a questo quesito.

Esperimento: come si estrae il sale dall’acqua.

1 – Procuratevi un tappo di gomma ed un recipiente, di pyrex o di metallo, che possa essere messo su un fornello. Fissate un tubo di gomma della lunghezza di 60 cm ad un altro tubo più corto e di vetro ed inserite quest’ultimo nell’unico foro di un tappo.

2 – aggiungete un cucchiaio di sale a mezzo litro di acqua e versatela poi nel recipiente. Inserite l’altro capo del tubo di gomma in una bottiglia che sistemerete in un altro recipiente contenente del ghiaccio triturato.

3 – fate bollire l’acqua salata fino a completa consumazione. Mentre l’acqua evapora, il sale rimane nel recipiente. Il vapore può uscire solo attraverso il tubo di gomma. Incontrando l’aria fredda che si trova nella bottiglie immersa nel ghiaccio triturato, il vapore si condensa e si raccoglie allo stato di acqua.

4 – assaggiate l’acqua distillata. E’ salata?