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¿Por qué la tinta gel no gotea pero sí escribe? La tixotropía en el ketchup, la pintura y otros materiales

Categoría: Tecnología

Si sostienes un bolígrafo de tinta gel con la punta hacia abajo, la tinta no gotea. Sin embargo, al presionar la bola contra el papel y moverlo, la línea aparece con fluidez. Este comportamiento, donde el material es firme en reposo pero cambia al aplicarle fuerza o al agitarlo, según el caso, es el mismo que hace que el ketchup salga al agitarlo o que la pintura no escurra de la pared. Incluso la tinta de los bolígrafos espaciales funciona así. Al comparar estos ejemplos cotidianos, descubrimos que este fenómeno tiene un nombre científico: tixotropía.

La pregunta central es: ¿por qué algunos materiales actúan como sólidos hasta que se les aplica fuerza, y luego fluyen como líquidos? Esta propiedad, llamada tixotropía, se observa desde la escritura hasta la aplicación de las pinturas; también compararemos un fenómeno parecido en la arena, sin afirmar que tenga exactamente el mismo mecanismo.

1. ¿Por qué la tinta gel del bolígrafo no gotea pero sí escribe al presionar?

Si colocas un bolígrafo de tinta gel con la punta hacia abajo sobre la mesa, la tinta permanece en su lugar y no gotea. Pero cuando presionas la bola contra el papel y lo mueves, la tinta sale suavemente y forma una línea intensa. Pilot, el fabricante de bolígrafos, explica que estos productos son tintas base agua a las que se añade un agente gelificante. Según la empresa, la viscosidad es alta normalmente, pero durante la escritura baja hasta ser comparable a la de un bolígrafo de tinta líquida, permitiendo escribir con poca presión y sin manchas [1].

La viscosidad es la medida de la resistencia de un líquido a fluir. Esto significa que la misma tinta cambia su consistencia dependiendo de si está en reposo o en uso. La pregunta es: ¿es esta propiedad exclusiva de la tinta de los bolígrafos, o es algo más común?

2. ¿Por qué el ketchup no sale del frasco hasta que lo agitas?

Cuando volteas un frasco de ketchup, a menudo no sale nada. Pero si lo agitas o golpeas el fondo, de repente fluye en abundancia. Los medios de comunicación explican que el ketchup actúa como un sólido hasta que se aplica una fuerza que supera cierto límite. Una vez superado ese umbral, fluye como un líquido mucho más delgado y suave [5]. Se cree que agitar o golpear el frasco sirve precisamente para aplicar esa fuerza necesaria para romper su estructura sólida.

Esto sugiere que la tinta y el ketchup comparten una propiedad similar. Pero, ¿qué pasa con la pintura? ¿Se comporta de la misma manera?

3. ¿Por qué la pintura se extiende con la brocha y luego no gotea?

Imagina pintar una pared. Al aplicar la pintura con brocha o rodillo, se aplica fuerza y se espera que se extienda bien. Sin embargo, si siguiera fluyendo después de aplicar la fuerza, escurriría por la pared. Una patente explica que las pinturas con alta tixotropía ven reducida su viscosidad aparente cuando se aplica fuerza, como al mezclarlas, lo que facilita la aplicación. Una vez aplicada, la pintura queda en reposo, la viscosidad aumenta y se vuelve difícil de fluir, evitando que escurra [6].

Así, la tinta del bolígrafo, el ketchup y la pintura están conectados por el mismo principio: fluyen bajo presión y se estabilizan en reposo. Pero, ¿cuál es el nombre y la definición exacta de esta propiedad?

4. Tixotropía: la propiedad de pasar de gel a líquido al agitar

Un gel es un estado semisólido, similar a la gelatina. Cuando se agita y fluye, se llama sol. Los diccionarios definen la tixotropía como la propiedad de ciertos geles de convertirse en sol al ser agitados y volver a ser gel al reposar. Ejemplos comunes incluyen el yogur y la pintura de paredes [2]. La IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) define un gel tixotrópico como aquel cuya viscosidad disminuye al aplicar esfuerzo cortante y recupera su viscosidad original al dejar de aplicarlo [3]. El "esfuerzo cortante" es la fuerza que se aplica para desplazar una superficie sobre otra.

Una revisión científica añade que la característica clave es el tiempo: al agitar un material en reposo, la viscosidad baja con el tiempo, y al dejar de agitar, se recupera. Esto lo distingue de cambios simples donde la viscosidad baja inmediatamente al aumentar la fuerza [4]. ¿Se encuentra esta propiedad en lugares más lejanos que una oficina?

5. La tinta tixotrópica del bolígrafo Fisher Space Pen

El bolígrafo Fisher Space Pen, cuya patente se solicitó en 1965, utiliza tinta tixotrópica. En reposo, la tinta se comporta como un sólido gel, pero se vuelve fluido cuando la bola se mueve. El interior del bolígrafo está presurizado con gas nitrógeno a aproximadamente 240 kilopascales (35 psi) [7].

Existe una historia popular que dice que la NASA gastó millones en desarrollar un bolígrafo para el espacio mientras la Unión Soviética usaba lápices. La revista Scientific American señala que esto es un mito. El costo de desarrollo de aproximadamente 1 millón de dólares fue asumido por la propia empresa Fisher, no por la NASA. Cuando la NASA compró 400 unidades en 1968, el precio fue de 2,39 dólares por bolígrafo, más barato que el precio habitual de 3,98 dólares [7]. La propiedad de la tinta se aplica también en el espacio. Pero, ¿se ve esto en el suelo, fuera de los bolígrafos?

6. Arena movediza: cómo la arena se vuelve líquida de repente bajo presión

La arena movediza es arena común saturada de agua, donde la fricción entre las partículas se reduce. Un artículo de la revista Nature de 2005, basado en la investigación de Khaldoun y otros, demostró que la arena puede colapsar y comportarse como un líquido con solo un pequeño aumento de fuerza. Según los informes, un aumento de fuerza de aproximadamente el 1 % hizo que el flujo de las partículas aumentara un millón de veces [8].

Es importante notar que este artículo no usa el término "tixotropía", sino "licuefacción". Sin embargo, los diccionarios también mencionan la licuefacción de capas de arena durante los terremotos como un ejemplo de la misma propiedad de variación por agitación (tixotropía) [2]. Aquí lo presentamos solo como un fenómeno parecido. Desde los bolígrafos hasta la arena, muchas cosas se explican con esta misma palabra.

7. Experimentos para investigar la tixotropía en casa con ketchup

Para experimentar en casa, puedes probar el ketchup en un plato. Compara cómo sale al inclinar suavemente el frasco frente a cómo sale después de agitarlo con la tapa cerrada. Con un bolígrafo de tinta gel, puedes sostenerlo con la punta hacia abajo sobre el papel sin tocarlo para ver si gotea.

Si sales de compras, en una papelería puedes probar bolígrafos de tinta gel frente a otros tipos para comparar la sensación de escritura. Para información oficial, la página de soporte de Pilot ofrece detalles sobre los tipos de bolígrafos y sus características [1].

Fuentes

  1. Pilot Support "Tipos de bolígrafos y sus características" https://www.pilot.co.jp/support/ballpen/1120630707937.html (Explica la viscosidad de la tinta gel en reposo y durante la escritura.)
  2. Kotobank "Tixotropía" https://kotobank.jp/word/%E3%81%A1%E3%81%8D%E3%81%9D%E3%81%A8%E3%82%8D%E3%81%B4%E3%83%BC-3183089 (Define la tixotropía y da ejemplos como el yogur, la pintura y la licuefacción sísmica.)
  3. IUPAC Gold Book "Gel tixotrópico" https://old.goldbook.iupac.org/plain/TT07532-plain.html (Define el gel tixotrópico en términos de esfuerzo cortante y recuperación de viscosidad.)
  4. Wikipedia (inglés) "Tixotropía" https://en.wikipedia.org/wiki/Thixotropy (Describe la dependencia del tiempo en la recuperación de la viscosidad.)
  5. GIGAZINE "Cómo sacar bien el ketchup" (2014) http://gigazine.net/news/20140410-how-to-put-ketchup/ (Explica que el ketchup fluye como líquido tras superar un límite de fuerza.)
  6. Patente JP2016-121272 https://patents.google.com/patent/JP2016121272A/ja (Describe cómo la tixotropía en pinturas evita el escurrimiento tras la aplicación.)
  7. Scientific American "La NASA gastó millones en un bolígrafo..." https://www.scientificamerican.com/article/nasa-spent-millions-on-a-pen-able-t (Desmiente el mito de los costos de la NASA y explica la tinta tixotrópica del Space Pen.)
  8. Nature News (2005) https://www.nature.com/news/2005/050926/full/news050926-9.html (Informa sobre la investigación de Khaldoun et al. sobre la licuefacción de la arena con mínima fuerza.)