Tension Superficial: Burbujas De Jabon

XXX Festival de Ciencia y Cultura
Tensión superficial: Burbujas de jabón
Las burbujas de jabón producen un encanto que fascinan a la gran mayoría de niños y adultos. Con un trozo de alambre y un poco de agua jabonosa se puede pasar una tarde soplando y creando burbujas de colores iridiscentes que parecen flotar en el aire.
¿Qué son las burbujas de jabón?
Una burbuja de jabón no es más queuna película muy fina –cinco mil veces menor al de un cabello- de agua jabonosa, cuya superficie esférica encierra un volumen de aire en su interior, a la vez que presenta un aspecto iridiscente.
Sin embargo, detrás de esta aparente sencillez, las pompas de jabón esconden una gran complejidad extraordinaria que la matemática y la física intentan develar.
¿Qué es la tensión superficial?
Elsecreto de la existencia de las burbujas de jabón radica en la denominada “tensión superficial”.
La tensión superficial es un fenómeno existente en mayor o menor grado en la superficie de todos los líquidos. Este fenómeno es el responsable de algunas cosas muy extrañas, como por ejemplo permitir a algunos insectos “caminar” sobre el agua o llenar un vaso por encima de su borde.
Para explicar elconcepto de la tensión superficial en palabras sencillas, podemos decir que las fuerzas que existen entre las moléculas de un fluido, son distintas en el interior y en la superficie.
Las moléculas de agua están en permanente tiroteo con sus moléculas vecinas. En el interior del líquido las moléculas se encuentran en un equilibrio de fuerzas, debido a que por cada molécula que tira para arriba hayuna que tira para abajo y esto ocurre en cualquier otra dirección que se imagine. En cambio, en la superficie del líquido no existen fuerzas hacia arriba capaces de equilibrar las que ejercen las moléculas de abajo, dado que no hay ningún tipo de líquido en la superficie. El resultado final es que las moléculas superficiales tienden a ser atraídas hacia el interior del líquido.
Sin embargo, siutilizásemos agua pura no se producirían burbujas importantes. Esto es debido a que el agua posee una alta tensión superficial, que provoca la rápida destrucción de la película. Pero las cosas cambian si se añade algún tipo de jabón. El jabón disminuye la tensión superficial natural del agua en un tercio, evitando que las burbujas estallen “espontáneamente”. Esto es porque el jabón, losdetergentes, champús y otros productos son sustancias tensoactivas.
En el otro extremo de la ecuación, si utilizásemos jabón puro tampoco podríamos crear burbujas durables, ya que la baja tensión superficial lo impediría. El otro problema con las burbujas de agua es la evaporación de la superficie que las hace muy delgadas rápidamente, provocando el inevitable estallido. Pero el jabón ayuda a retrasar eseproceso.
Así es que, como cualquier niño sabe, debemos utilizar una mezcla de agua y jabón para poder crear burbujas que duren al menos unos cuantos segundos. La formula “ideal” para crear una pompa incluye un 50% de agua, 40% de jabón liquido y un 10% de glicerina. Este último componente es una clase de alcohol que contribuye a solucionar el problema de la evaporación a la vez que aportaresistencia.
Experimento #1
Ya mencionamos que las pompas de jabón están formadas por películas de agua. Veamos ahora cómo se comportan esas películas cuando se encuentran entre sí. Para hacer un par de experimentos, debemos construir un cubo y un tetraedro, hechos con palillos de madera, trozos de alambres o pitillos.
Sumergiendo esas formas en la mezcla de agua con detergente, veremos que alsacarlas del líquido se han formado películas planas que se encuentran a lo largo de líneas (generalmente) rectas. La tensión superficial es siempre el factor dominante, haciendo que las superficies sean lo más pequeñas posible. Pero esas superficies no son siempre iguales; por ejemplo en la figura cubo 1 se observa una película en cada una de las 6 caras del cubo, pero en la figura cubo 2 se...