Ous de dinosaure

Als nens els agrada potinejar coses fastigoses: és un fet experimental i experimentat. Ja fa uns anys el Blandi-Blub era a totes les cases. I actualment l'slime. Ambdós són pastes de propietats poc habituals, i podem afegir-hi també la Silly Putty, que aquí n'hi diuen plastilina intel·ligent o altres noms fantasiosos, i altres substàncies. Som al món de la matèria tova, la soft matter que els agrada dir a alguns físics.  

Comencem pel començament, que per a mi és començar per la realitat de les coses, dels objectes i de les substàncies que els constitueixen. L'esquema simple que els estats de la matèria són sòlid, líquid i gas, que s'explicava i s'explica a les escoles i als llibres, caldria deixar-lo d'explicar, almenys com molts mestres l'expliquen. Deixem els gasos de banda, perquè no constitueixen objectes per si sols, i anem a sòlids i líquids. Quan s'aplica a la matèria una força de pressió, d'estirament o de cisallament es comporta de maneres força diferents: uns objectes són més o menys durs i altres més o menys tous, uns flueixen més o menys, i altres no; uns són deformables i altres indeformables; i entre els que es deformen, uns són elàstics i tornen a la seva forma quan deixa d'aplicar-se la força, i altres, en canvi, queden deformats per sempre: tenen un comportament plàstic. Uns poden tallar-se fàcilment i altres no.

Els objectes durs, indeformables i que no flueixen els classifiquem com a sòlids genuïns. Les substàncies pures constituïdes per estructures cristal·lines solen ser sòlides: metalls i els seus aliatges, sals inorgàniques com el bicarbonat de sodi, o certs cristalls orgànics de plàstic. Les substàncies pures formades per molècules petites solen ser, a temperatura ambient, gasos (com l'oxigen o l'amoníac) o líquids (com l'aigua, o l'alcohol etílic o etanol). En barrejar moltes sals amb aigua, es dissolen i el líquid resultant es comporta com un líquid genuí, similar a l'aigua: flueixen fàcilment i agafen la forma del recipient on s'aboquen.

Però les substàncies pures constituïdes per molècules grans o molt grans, i les seves barreges amb aigua, es comporten de formes molt diferents. Entre sòlids i líquids hi ha un gran nombre de substàncies amb comportaments molt variats. Són la matèria tova, i hi trobem productes com les espumes, les emulsions, les suspensions, els aerosols o els gels. Solen ser sistemes dispersos, és a dir, barreges de substàncies immiscibles, una hidrofílica (afí a l'aigua) i l'altra hidrofòbica (que repel·leix l'aigua). Aquestes substàncies es dispersen una dins de l'altra seguint diferents pautes i donant barreges més o menys estables. La seva estabilitat, que és gairebé sempre menor que la dels sòlids clàssics, s'explica per l'existència d'enllaços febles entre molècules, com les forces electroestàtiques entre extrems polars, els ponts d'hidrogen o els enllaços de Van der Waals. Molta d'aquesta matèria tova es troba a la biosfera i constitueix la major part dels teixits i estructures dels éssers vivents. La cosmètica, els detergents, els adhesius, les pintures i altres indústries estan basades també en les característiques i aplicacions de la matèria tova. En particular, la cuina actual –el que se sol denominar la gastronomia molecular, una denominació una mica abusiva– es basa en un ús creatiu de les propietats de molts aliments, que són matèria tova.

Són matèria tova els mocs de goril·la, les baves d'elefant (o era a l'inrevés?) i els ous de dinosaure. Parlarem d'aquests darrers, i deixarem mocs i baves per a més endavant. No parlarem aquí dels autèntics ous de dinosaure fòssils que es troben per diferents jaciments, com a Isona, a la Conca de Tremp. A la pel·lícula Parc juràssic fan renéixer dinosaures clonats a partir de l'ADN tret de la sang que guardava un mosquit que va picar un dinosaure, mosquit que va quedar englobat en una massa d'ambre que en va protegir la sang de la degradació. Però això per ara és ciència-ficció.

Aquí parlarem dels ous de dinosaure de joguina. Són una aplicació lúdica dels hidrogels, uns materials representatius de la matèria tova. Els gels són estructures amb una certa rigidesa formats per una xarxa tridimensional de molècules orgàniques de dimensió lineal considerable, amb ramificacions, unides entre elles per enllaços febles, i que tenen una estructura química amb molts grups hidrofílics a les seves cadenes. Aquests grups poden adsorbir molècules d'aigua, i llavors la xarxa s'inflarà notablement i augmentarà el seu volum. Això és el que li passa a la gelatina alimentària quan forma gels, i als bolquers actuals, tant els d'ús per a infants com per a adults. El material absorbent –superabsorbent, en diuen els publicistes– sol ser poliacrilat de sodi, de sigles SAP.  És un polímer derivat de l'àcid acrílic, un producte sintetitzat a partir del petroli que en polimeritzar genera unes intrincades xarxes tridimensionals que poden arribar a retenir centenars de vegades el seu pes d'aigua o del fluid aquós que sigui. Aquests poliacrilats s'usen també per fer boles de retenció d'aigua per regar testos, i altres aplicacions industrials o agrícoles. Aquests materials es coneixen des de la segona meitat del segle XX.   

Els ous de dinosaure són una joguina que porta un cert temps al mercat, i que ara ha arribat a casa del signant juntament amb els nets de l'edat apropiada per jugar-hi. Consisteixen en un ou gran, de 5 a 12 cm de diàmetre, que té una closca de material fràgil, amb dos forats en un dels extrems. A l'interior de l'ou hi ha una figura animal, com un dinosaure, un camaleó, una serp, un peix o qualsevol altre, fet del material gelificat. En submergir l'ou a l'aigua, el líquid entra pels forats de la base de l'ou, i el material de l'interior comença a mullar-se i a inflar-se. Al cap d'unes quantes hores ha crescut tant que la pressió sobre la closca és suficient per trencar-la, amb un efecte visual molt convincent de naixement de l'animal. Al cap de dos o tres dies ha crescut prou per trencar tota la closca, i se segueix inflant si es manté en aigua. El material de la figura de l'animal és, en aquest cas, un derivat del poliacrilonitril (PAN), que és un material similar al cautxú, i que es barreja amb glicerina i etilenglicol per donar-li la duresa i l'elasticitat desitjades. El resultat és un cautxú molt flexible i resistent, i que alhora és molt absorbent (figura 1).

Figura 1. A l'esquerra, el dinosaure a punt de néixer. A la dreta, dinosaure plenament desenvolupat.

Quan es treu la figura de l'aigua, va vaporitzant-se l'aigua del seu interior, i va perdent volum i massa, fins a tornar pràcticament a les dimensions que tenia dins de l'ou. El procés de creixement i reducció es pot repetir moltes vegades. El procés d'eixugar-se, des del punt de vista fisicoquímic, és tan interessant com el procés de creixement. La representació de la massa de dinosaure al llarg del temps, com veiem en la figura 2, mostra una disminució gradual, i això ens indica que és un procés d'eixutesa de la denominada humitat lligada. Aquesta és la humitat de l'interior de la massa, que està retinguda per enllaços febles, però més forts que els simples enllaços entre dues molècules d'aigua.

La humitat d'una llonganissa acabada de fer és també clarament humitat lligada: quan s'asseca al llarg dels dies va reduint-se la massa gradualment. La velocitat d'assecament depèn del grau d'humitat de l'aire ambient, però qualitativament la forma de la gràfica sempre és similar. Hi ha també la humitat no lligada, que és la que mulla l'objecte per la superfície, i que s'evapora en poc temps.

Dono algunes dades del dinosaure de casa. Quan era dins de l'ou tenia una longitud màxima de 10 cm. En inflar-se d'aigua ha arribat a tenir una longitud de 25 cm. Atès que, més o menys, el volum és proporcional al cub de les dimensions lineals, aproximadament ha augmentat el volum en quinze vegades. En aquelles condicions, saturat d'aigua, pesava 730 g.

Deixat a l'aire ambient, i registrant la massa i la longitud màxima de la figura, es poden dibuixar les corbes de la figura 2. La reducció de la massa és progressiva i gradual, més o menys com la longitud, i s'arriba en 40 dies als valors inicials de 48 g i 10 cm, segons el comportament de l'evaporació de la humitat lligada. No és casual que quan la figura està plena d'aigua la seva massa és de 15 vegades el valor inicial, aproximadament com la proporció d'augment de volum (figura 2).

Tots aquests objectes i materials es presten molt bé a fer experiments a les classes, tant de tipus qualitatiu com quantitatiu, depenent del nivell dels escolars. I fins i tot poden fer-ho a casa, sempre que tinguin una balança de cuina que apreciï els grams. I al final dels experiments tenim una joguina... o una llonganissa seca que et menjaràs amb gran plaer.

Figura 2. Eixutesa de l'ou de dinosaure. Esquerra, reducció de la massa. Dreta, disminució de la longitud.