Esiste un’acqua in polvere composta per il 95% da acqua e per il 5% da silice: cos’è e a cosa serve

Una polvere che sembra asciutta ma contiene quasi solo acqua: l’acqua secca nasce da una trasformazione fisica che cambia completamente il modo in cui il liquido si comporta. Non è una nuova sostanza, ma un nuovo modo di organizzare l’acqua, suddivisa in microgocce e rivestita da particelle solide. Capire come si forma questa struttura richiede di entrare nei meccanismi microscopici che la rendono stabile, mentre gli esperimenti mostrano come riesca a modificare proprietà fondamentali, come la scorrevolezza dei materiali o l’interazione con i gas. Proprio da questi risultati emergono le applicazioni più interessanti, che vanno dall’ingegneria dei materiali da costruzione fino alle tecnologie per lo stoccaggio e la cattura di gas, come l'anidride carbonica.

Come si forma l’acqua secca: la composizione

L’acqua secca è una polvere composta in gran parte da acqua, fino al 95–98% in peso, ma che si comporta come un materiale solido. Fondamentalmente non è l’acqua a cambiare stato, ma succede qualcosa di più interessante. Durante la preparazione, l’acqua viene agitata , con velocità fino a decine di migliaia di giri al minuto, insieme a particelle di silice molto piccole e idrofobiche (cioè che “respingono” l’acqua). Questo processo viene condotto ad alta energia e spezza il liquido  in goccioline microscopiche, ciascuna delle quali viene rivestita da un guscio stabile di particelle solide.

Il risultato è una struttura con l'acqua all'interno e una “rete” di nanoparticelle di silice. Questo rivestimento impedisce alle gocce di fondersi tra loro (coalescenza) e quindi di tornare acqua liquida. La stabilità  del guscio di silice dipende da diversi fattori: dimensione delle particelle, energia di miscelazione, affinità tra acqua e superficie solida (angolo di contatto). Se la silice non è abbastanza idrofobica, il sistema non funziona: invece della polvere si ottiene una sospensione o una mousse.

Cosa cambia rispetto all’acqua normale

Il punto chiave dell'acqua secca rispetto all'acqua liquida è che l’acqua secca non è più continua, ma divisa in milioni di micro-gocce isolate. E questo cambia completamente il comportamento del sistema. Un esempio molto chiaro viene dagli studi sui materiali granulari: quando si aggiunge acqua normale alla sabbia, si formano ponti liquidi tra i granuli che la rendono compatta e poco scorrevole.

Infatti l’angolo di scorrimento passa da circa 38,7° a 56,2° già con solo 0,5% di acqua. Con l’acqua secca invece succede il contrario: l’acqua resta “intrappolata”, non si formano ponti liquidi e quindi il materiale continua a comportarsi come una polvere fluida. Questo è uno dei risultati più interessanti dal punto di vista applicativo.

Esperimento e risultati principali

Uno degli studi più concreti è quello condotto da Leigh Duncan Hamilton e colleghi all'Institute for Particle Technology, i quali hanno testato l’acqua secca mescolata con sabbia. L'obiettivo era quello di inserire acqua in un materiale granulare senza rovinarne le proprietà.

Hanno preparato diverse varianti di acqua secca con rapporti acqua/silice diversi. Poi, le hanno mescolate con sabbia (particelle ~1 mm) e, infine, hanno variato il contenuto d’acqua fino al 5% in peso. Hanno osservato che l’acqua può essere incorporata senza perdita di scorrevolezza; che la presenza di silice impedisce la formazione di ponti liquidi e che anche piccole quantità di silice sono sufficienti a stabilizzare il sistema.

L'acqua secca, però, non è stabile per sempre e nonostante sembri un materiale “perfetto”, ha dei limiti: può rompersi sotto stress meccanico, le gocce possono riunirsi nel tempo, la riutilizzabilità è ancora un problema aperto.

Le varie applicazioni dell'acqua in polvere

L’interesse per l’acqua secca nasce proprio da ciò che rende possibile fare in molteplici ambiti, dalle costruzioni alla cosmetica.

1. Materiali e costruzioni

Per quanto riguarda l'ambito delle costruzioni, l’acqua secca può essere usata per immagazzinare acqua nei materiali, migliorare processi come la stampa 3D del cemento, compensare perdite di acqua e raffreddare i sistemi.

2. Gas e ambiente

Secondo una review più recente, l’acqua secca aumenta enormemente il contatto tra acqua e gas. Questo ha un effetto diretto su formazione di idrati di gas, cattura di anidride carbonica (CO₂), stoccaggio di metano o idrogeno. Il problema classico è che i gas si sciolgono poco nell’acqua, qui invece ogni goccia è una superficie disponibile e quindi il processo accelera.

3. Farmaceutica e cosmetica

Già dagli studi iniziali emerge, invece, un uso importante per quanto riguarda la farmaceutica e la cosmetica. Un meccanismo importante in questo ambito è la capacità di trasportare sostanze attive in forma protetta e rilasciarle solo quando serve. Questo perché l’acqua può essere liberata semplicemente con uno stress meccanico (per esempio sfregamento).

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