Chocolate derretido formando ramas fractales

Estructura en forma de árbol en chocolate.

Hoy dejé que un poco de chocolate derretido se solidificara en un tazón liso en mi refrigerador. Cuando se asentó, calenté suavemente el exterior del recipiente con agua tibia para despegar el chocolate. Me llamó la atención que el chocolate restante (tanto en el tazón como en la pieza más grande que quité) formaba una hermosa estructura de árbol fractal. Me di cuenta de que las diversas ramas del árbol no parecen cruzarse entre sí.

Después de recalentar el chocolate que se había solidificado en un recipiente liso, surgió una estructura compleja similar a un árbol.

Luego se me ocurrió que había visto que algo similar le sucedía a la mantequilla blanda en un cuchillo frío. Sospecho que el efecto surge porque los compuestos grasos en el chocolate / mantequilla intentan minimizar su tensión superficial (como el agua que forma gotas), pero ¿por qué la configuración de energía mínima es una estructura de rama fractal que no se interseca a sí misma y no simplemente gotas? ? ¿Podría ser algún compromiso entre la tensión superficial, la viscosidad y la densidad?

Lo mismo sucede con la mantequilla blanda en un cuchillo frío.

El usuario de EDITAR , Bert Hickman, sugirió que el efecto podría ser un ejemplo de una "célula Hele-Shaw". Este aparato se utiliza para demostrar el "flujo Hele-Shaw" de un líquido entre dos placas:ingrese la descripción de la imagen aquí

Esta explicación tiene sentido considerando lo que le hice al chocolate. Al recalentarlo se licua el chocolate entre el bol y la capa superior. Una vez que elimino la capa superior, el aire entra rápidamente y crea el flujo peculiar. Encontré este lindo video que demuestra el efecto con agua y aceite.

Se han hecho observaciones similares sobre las superficies de fractura de los metales. Hay un artículo titulado "Carácter fractal de las superficies de fractura de los metales" por nada menos que Benoit Mandelbrot, et. al., en Nature, v. 308, 721 (1984). Desafortunadamente, uno necesita una suscripción para acceder a él.
Parece que sin darte cuenta creaste una celda Hele-Shaw. El flujo de Hele-Shaw ocurre cuando existe una fina capa de fluido viscoso entre dos placas sólidas planas que luego se separan. Ver: rspa.royalsocietypublishing.org/content/245/1242/312.short
De acuerdo con @berthickman. patrón muy similar visto al separar muestras de aleaciones de metal amorfo congeladas por inmersión. Se puede hacer el mismo truco separando las placas de vidrio pegadas con vaselina.

Respuestas (1)

Esa es la microestructura de las redes de cristales de grasa.

Fuente: " Nanostructured Fat Crystal Systems " (Nov 2014), por Acevedo, Nuria & Marangoni, Alejandro. Revista anual de ciencia y tecnología de los alimentos. 6.10.1146/annurev-food-030713-092400.

La figura 3 muestra la mesoescala de una red de cristales de grasa en dos aumentos diferentes. Se pueden observar claramente cristales y agregados de policristales en el rango de micrómetros, así como la distribución fractal de la masa cristalina en la red. La formación de estos policristales está fuertemente influenciada por campos externos (como gradientes de temperatura y campos de cizallamiento) experimentados durante la nucleación y el crecimiento de cristales.

Micrografías superpuestas de PLM y PCM que muestran la mesoestructura de cristales de grasa con dos aumentos diferentes.

Figura 3. Micrografías de microscopía de luz polarizada (PLM) y microscopía de contraste de fase (PCM) que muestran la mesoestructura del cristal de grasa en dos aumentos diferentes. Las imágenes se crearon superponiendo micrografías PLM y PCM. Se pueden observar policristales y aglomerados de policristales de varios micrómetros de tamaño. (Los datos no están publicados).

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Los nuevos resultados experimentales en la nanoescala de las grasas sientan las bases para la descripción actualizada de la estructura de las redes cristalinas TAG en diferentes escalas de longitud (Figura 9). La combinación compleja de propiedades estructurales a lo largo de todas las escalas de longitud, desde moléculas TAG, nanoplaquetas primarias y mesocristales hasta una red coloidal de policristales, determina las propiedades macroscópicas de una grasa, como su resistencia mecánica, capacidad de unión al aceite y propiedades sensoriales. .

Niveles estructurales presentes en una red cristalina de triacilglicerol (TAG).

Figura 9. Niveles estructurales presentes en una red cristalina de triacilglicerol (TAG). La unidad cristalina es una plaqueta con tamaños dentro del rango de varios nanómetros; a su vez, las nanoplaquetas están compuestas por pilas de laminillas TAG. En la mesoescala (varios micrómetros) se pueden observar esferulitas que luego se autoensamblan para constituir una red tridimensional. Adaptado de Marangoni et al. (2012) con permiso de la Royal Society of Chemistry.

Las matemáticas detrás de esto se explican en: " Ingeniería de confitería y chocolate: principios y aplicaciones " por Ferenc A. Mohos.

No estoy seguro de que la "explicación de cristal" sea correcta. El efecto era visible mientras el chocolate aún estaba líquido, por lo que no debería haber estructuras cristalinas en ese punto. Si tuviera que ver con la cristalización, seguramente uno lo vería siempre que el chocolate se derrita o se solidifique en circunstancias normales. Parece ser un efecto masivo, en lugar de uno a microescala. Creo que el modelo Hele-Shaw explica mejor la situación. Su figura 3 establece que el esfuerzo cortante (que debería estar presente en el modelo HS) puede afectar la estructura cristalina, por lo que tal vez haya alguna conexión allí.
HS requiere placas delgadas no porosas , y la Ley de Darcy usa un medio poroso relacionado con la homogeneización . Desafortunadamente, Samuel, Bert y Niels no han tenido tiempo de dar una respuesta y solo contamos con la experiencia de Ferenc.
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