Una pregunta aparentemente sencilla sobre la turbidez de las soluciones nos lleva a un pequeño viaje por la física.

La primera parada es Stokes, donde tuve la oportunidad de codirigir el trabajo de una estudiante del IQS sobre ciertas particularidades del vino y las modificaciones correspondientes. Su ley explica la resistencia que un líquido ofrece al movimiento de una pequeña partícula. Nos ayuda a entender qué pasa con las partículas en suspensión: cómo se mueven, cómo sedimentan y cómo la viscosidad del líquido condiciona su comportamiento.

Y aquí aparece Albert Einstein.

Einstein estudió el movimiento browniano, ese movimiento constante y aparentemente desordenado de las partículas microscópicas dentro de un líquido, provocado por los choques continuos de las moléculas que las rodean.

De ahí surge la relación de Stokes–Einstein, que conecta la difusión de una partícula con la temperatura, la viscosidad del líquido y su tamaño.

La idea es sencilla: la temperatura agita y la viscosidad frena.

A más temperatura, más movimiento molecular; cuanto más viscoso es el medio, más difícil es la difusión.

Y aquí entra Boltzmann.

Su constante es el puente entre el mundo microscópico (átomos y moléculas) y el mundo macroscópico que nosotros medimos. Nos recuerda que la temperatura no es simplemente un número: es una expresión de la agitación y de la distribución de energía a escala molecular.

Boltzmann también relacionó la entropía con el número de configuraciones microscópicas posibles de un mismo estado macroscópico. Una idea que aún hoy resulta extraordinaria: lo que nosotros vemos como un estado aparentemente tranquilo esconde una actividad microscópica enorme.

Y todo esto tiene una conexión directa con una cuestión que me ha interesado durante años: la química redox del vino.

Un vino no es necesariamente un sistema homogéneo. Puede presentar gradientes de oxígeno, de potencial redox, de concentración y de temperatura, especialmente cuando hay distintas capas o zonas con distinto contacto con el aire.

Estos gradientes son importantes porque las reacciones de oxidación-reducción no dependen solo de qué moléculas hay, sino también de cómo se transportan y de si pueden entrar en contacto.

El oxígeno puede difundirse desde una zona más oxigenada hacia otra menos oxigenada. Al mismo tiempo, los compuestos que pueden oxidarse o reducirse se desplazan y reaccionan. Los polifenoles, el etanol, los aldehídos, los compuestos de azufre y los iones metálicos, especialmente hierro y cobre, pueden participar en una red de reacciones donde el movimiento molecular y los gradientes locales tienen un papel importante.

Por tanto, cuando estudiamos la evolución redox de un vino, no […] basta con preguntar «¿cuánto oxígeno hay?». También hay que preguntar dónde está, cómo se distribuye, cómo se transporta y qué potencial redox […] hay en cada zona.

Es aquí[…] donde Stokes, Einstein y Boltzmann adquieren una dimensión inesperada dentro de la enología.

Stokes nos ayuda a entender el movimiento y la resistencia del medio.
Einstein, la difusión y el movimiento browniano.
Boltzmann, la relación entre la agitación microscópica, la energía y la entropía.

Y, finalmente, la química redox convierte todo este movimiento invisible en algo que nosotros sí podemos percibir: cambios de color, aroma, estructura y evolución del vino.

Quizá esta sea una de las cosas más fascinantes de la química: un vino que parece quieto es, en realidad, un sistema dinámico, donde millones de procesos microscópicos siguen actuando sin que nosotros los veamos.

① Ley de Stokes

v = 2r²(ρ_p − ρ_f)g / 9η

v → velocidad de sedimentación
r → radio de la partícula
ρ → densidades (partícula y fluido)
η → viscosidad

② Relación de Stokes–Einstein

D = k_BT / 6πηr

D → coeficiente de difusión de la partícula
k_B → constante de Boltzmann
T → temperatura
η → viscosidad
r → radio hidrodinámico de la partícula

k_B = 1,380649 × 10⁻²³ J/K

Reacciones redox más importantes:

· Reducción de los sulfatos y sulfitos hasta H₂S, por vía enzimática

SO₄²⁻ → SO₃²⁻ → H₂S

· Formación de mercaptanos a partir de aminoácidos azufrados

metionina, cisteína → CH₃–SH + …

La turbidez? aporta sustratos y enzimas que la favorecen.

· RSSR + 2H⁺ + 2e⁻ → 2RSH

An apparently simple question about the turbidity of solutions takes us on a short journey through physics.

The first stop is Stokes, where I had the opportunity to co-supervise a project by an IQS student on certain particularities of wine and the corresponding changes. His law explains the resistance a liquid offers to the movement of a small particle. It helps us understand what happens to particles in suspension: how they move, how they settle and how the viscosity of the liquid shapes their behaviour.

And here Albert Einstein appears.

Einstein studied Brownian motion, that constant and apparently disordered movement of microscopic particles in a liquid, caused by the continual collisions of the molecules around them.

From this comes the Stokes–Einstein relation, which links the diffusion of a particle to temperature, the viscosity of the liquid and the particle's size.

The idea is simple: temperature stirs and viscosity holds back.

The higher the temperature, the more molecular movement; the more viscous the medium, the harder diffusion becomes.

And here Boltzmann comes in.

His constant is the bridge between the microscopic world (atoms and molecules) and the macroscopic world we measure. It reminds us that temperature is not simply a number: it is an expression of agitation and of the distribution of energy at the molecular scale.

Boltzmann also related entropy to the number of possible microscopic configurations of one and the same macroscopic state. An idea that is still extraordinary today: what we see as an apparently calm state hides enormous microscopic activity.

And all this connects directly with a question that has interested me for years: the redox chemistry of wine.

A wine is not necessarily a homogeneous system. It can show gradients of oxygen, of redox potential, of concentration and of temperature, especially where there are different layers or zones with different contact with the air.

These gradients matter because oxidation–reduction reactions depend not only on which molecules are present, but also on how they are transported and whether they can come into contact.

Oxygen can diffuse from a more oxygenated zone towards a less oxygenated one. At the same time, the compounds that can be oxidised or reduced move about and react. Polyphenols, ethanol, aldehydes, sulphur compounds and metal ions, especially iron and copper, can take part in a network of reactions in which molecular movement and local gradients play an important role.

So when we study the redox evolution of a wine, it is not […] enough to ask “how much oxygen is there?”. We also have to ask where it is, how it is distributed, how it is transported and what redox potential […] there is in each zone.

This is[…] where Stokes, Einstein and Boltzmann take on an unexpected dimension within oenology.

Stokes helps us understand movement and the resistance of the medium.
Einstein, diffusion and Brownian motion.
Boltzmann, the relationship between microscopic agitation, energy and entropy.

And finally, redox chemistry turns all this invisible movement into something we can perceive: changes in colour, aroma, structure and evolution of the wine.

Perhaps this is one of the most fascinating things about chemistry: a wine that seems still is, in reality, a dynamic system, in which millions of microscopic processes carry on working without our seeing them.

① Stokes’ law

v = 2r²(ρ_p − ρ_f)g / 9η

v → settling velocity
r → particle radius
ρ → densities (particle and fluid)
η → viscosity

② Stokes–Einstein relation

D = k_BT / 6πηr

D → diffusion coefficient of the particle
k_B → Boltzmann constant
T → temperature
η → viscosity
r → hydrodynamic radius of the particle

k_B = 1.380649 × 10⁻²³ J/K

Most important redox reactions:

· Reduction of sulphates and sulphites to H₂S, by an enzymatic route

SO₄²⁻ → SO₃²⁻ → H₂S

· Formation of mercaptans from sulphur amino acids

methionine, cysteine → CH₃–SH + …

Turbidity? supplies substrates and enzymes that favour it.

· RSSR + 2H⁺ + 2e⁻ → 2RSH