Quando d'estate si decide di prepararsi il cosiddetto "pranzo al sacco", spesso si opta per le borse termiche e ai ghiacci da freezer. Questi famosi "panetti" hanno diversi nomi: mattonelle ghiacciate, accumulatori di freddo, siberini, gelini. In qualunque modo vogliate chiamarli, sono solitamente di colore blu e aiutano a tenere freschi gli alimenti e le bevande, mantenendo la temperatura all'interno della borsa più bassa rispetto a quella esterna.
Ma vi siete mai chiesti cosa contengono? In questo articolo scopriamo insieme cosa contengono questi blocchi e perché mantengono il freddo per più tempo dei cubetti di ghiaccio.
Cosa contengono i "blocchi da freezer", anche detti siberini
Anche se chiamati in molti modi diversi, il nome scientifico di questi panetti è piastra eutettica. Il termine eutettico proviene dal greco e vuol dire “che fonde facilmente” e in chimica si utilizza per indicare una miscela di due sostanze che hanno un punto di fusione più basso delle due sostanze separate.
Non esiste un'unica tipologia di piastra eutettica e il contenuto sarà diverso in base alle temperature che si vogliono raggiungere. Vediamo quali sono le formulazioni più comuni.
Generalmente, consistono in contenitori composti da plastica ad uso alimentare contenenti una miscela d’acqua con altre sostanze di diversa natura: ad esempio il polietilenglicole (conosciuto con la sigla PEG), polimeri come la carbossimetilcellulosa (CMC) o sali come cloruri di magnesio, potassio o calcio.
Queste sostanze vengono aggiunte per abbassare il punto di congelamento dell'acqua. Il punto di congelamento, generalmente chiamato punto di solidificazione, è la temperatura alla quale una sostanza liquida diventa solida. È importante sapere che nel passaggio di stato inverso, la fusione (da solido a liquido), questa temperatura è la stessa.
Cosa succede all’interno del freezer?
Per spiegare il funzionamento delle piastre eutettiche dobbiamo ricorrere alla termodinamica, la branca della scienza che studia le variazioni di temperatura, calore ed energia.
Se mettiamo dell’acqua in freezer questa dopo un po’ di tempo solidifica. Questo succede perché il freezer assorbe energia sotto forma di calore dall’acqua e le molecole di questa si dispongono in maniera ordinata formando un reticolo cristallino solido: il ghiaccio.
Questo calore sottratto si conosce come calore latente ed è il calore necessario per fare avvenire un passaggio di stato. Come ben sappiamo, questo passaggio di stato da liquido a solido avviene a 0 ºC nel caso dell’acqua pura.
Come funzionano le piastre eutettiche da freezer?
Un meccanismo analogo avviene nelle nostre tavolette di ghiaccio. Una volta raggiunta la temperatura di solidificazione, il liquido all’interno del contenitore si congela e diventa solido. In questo caso però, siccome all’interno della piastra eutettica è presente una una miscela di acqua con un altro componente e non solo acqua pura, il processo di solidificazione avviene in condizioni differenti.
Come possiamo vedere nella figura sopra, l'acqua forma dei legami tipici chiamati legami idrogeno, che promuovono la formazione del ghiaccio. La presenza di un altro soluto in una soluzione acquosa andrà a formare dei legami chimici all'interno della miscela che interferiscono con la formazione dei legami idrogeno, ostacolando la formazione dei cristalli di ghiaccio da parte dell’acqua, che anziché congelare a 0ºC, avrà bisogno di una temperatura molto più bassa per solidificare, intorno ai -18ºC, dipendendo dalla composizione della miscela. Questo fenomeno si conosce come abbassamento crioscopico.
Dal punto di vista energetico diciamo che il freezer deve assorbire più calore, ovvero più energia dalla miscela eutettica che dalla sola acqua per congelarla.
Perché le piastre mantengono di più la temperatura?
Appena messi fuori freezer, sia il ghiaccio che la piastra eutettica iniziano ad assorbire calore dall'ambiente. Se ci ricordiamo, in freezer, al blocco era stata sottratta più energia di quanta ne era stata tolta all’acqua per il passaggio di stato da liquido a solido.
La termodinamica ci dice che l’energia tolta per passare dallo stato liquido al solido è la stessa che serve per passare da solido a liquido. Da dove prendono il ghiaccio e il blocco questa energia? Una volta messi nella borsa frigo insieme ad altri alimenti, iniziano ad assorbire calore da questi, abbassandone la temperatura, ed è questo il meccanismo che li tiene freschi.
Man mano che assorbono calore, gli atomi del solido iniziano a vibrare e ad aumentare la temperatura, innescando il passaggio di stato da solido a liquido: la fusione. Dopo che avviene questo passaggio di stato e sia il ghiaccio che i panetti sono liquidi, la loro temperatura inizia ad aumentare finché si raggiunge una temperatura di equilibrio, ovvero finché tutti hanno la stessa temperatura, quella dell'ambiente.
Quindi, come possiamo vedere nella figura sopra, dovendo assorbire più calore per il passaggio di stato, queste mattonelle di ghiaccio impiegheranno più tempo a "scongelarsi" e terranno più a lungo il fresco all'interno della borsa.
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