1. Por qué las burbujas hechas solo con agua no duran
La pared de una burbuja es una película fina de agua que encierra aire. El agua de esta película fluye hacia abajo por la gravedad y eventualmente se evapora. Por eso, una película hecha solo de agua pura se adelgaza y se rompe enseguida. Aunque se forman burbujas, se explica que con agua pura no se puede crear una película estable como la de los globos [3]. Pero al añadir jabón, la película dura más. La presentación de investigaciones de la Universidad de Ciencias y Tecnología de Tokio indica que las burbujas se estabilizan porque los agentes tensioactivos se adsorben en la frontera entre el aire y el líquido (interfase gas-líquido) [2]. Es decir, para que duren las burbujas no basta el agua; intervienen las moléculas de jabón alineadas en esa frontera. La forma en que actúan depende del tipo de tensioactivo y las condiciones.
Entonces, ¿cómo se alinean las moléculas de jabón en esa frontera?
2. Cómo se colocan las moléculas de jabón entre el agua y el aire
Los agentes tensioactivos presentes en el jabón o los limpiadores faciales tienen dentro de una misma molécula una «parte afín al agua» (grupo hidrófilo) y una «parte afín al aceite» (grupo lipófilo o hidrófobo) [1]. Si los comparamos con renacuajos, la cabeza ama el agua y la cola evita el agua (aunque las moléculas reales no son renacuajos; solo se parecen en que tienen dos partes con propiedades distintas). Al disolverse en agua, el grupo hidrófilo va hacia el interior del agua, mientras que el grupo lipófilo apunta hacia el lado opuesto a la superficie, es decir, hacia el aire [1]. Las moléculas se agrupan en la frontera entre agua y aire para escapar con su cola del agua. La película de una burbuja tiene dos caras, interior y exterior. Se explica que si las moléculas se alinean en ambas caras, fuerzas como la repulsión entre ellas retrasan el adelgazamiento de la película [3]. Además, si la densidad de las moléculas en la superficie varía según la zona, actúa una fuerza (fuerza de Marangoni) que intenta nivelar desde la zona más llena hacia la más vacía, dando a la película una propiedad elástica y resistencia a los cambios de grosor [3]. Sin embargo, qué mecanismo funciona más depende del tipo de tensioactivo y las condiciones.
Hasta aquí el mecanismo básico para que dure la espuma. ¿Cualquier forma molecular hace burbujas igual?
3. Cómo influye la forma de la molécula del jabón en las burbujas
La formación de espuma cambia también por la forma de la molécula. La Enciclopedia Mundial explica que para los agentes espumantes, tiende a ser mejor que la parte afín al aceite sea una línea recta y que la cadena de carbono sea larga. Por el contrario, las cadenas cortas o con formas ramificadas no forman espuma y a veces actúan como antiespumantes [1]. En investigaciones de la Universidad de Ciencias y Tecnología de Tokio, se realizó un experimento combinando tensioactivos aniónicos con alcoholes grasos superiores. Los resultados mostraron que la tensión superficial bajó, la viscosidad superficial subió y se formó una película densa en la interfase gas-líquido, aumentando la estabilidad de las burbujas. En las condiciones de este experimento, cuanto más larga era la cadena de carbono del alcohol graso superior, más estables eran las burbujas, pero si era demasiado larga, se producían precipitados [2]. También se muestra que si hay mucho etanol, los tensioactivos tienen dificultad para adsorberse en la frontera y es difícil crear burbujas estables [2]. Parece que la espuma depende tanto de la forma molecular como de lo que rodea a la molécula.
¿Qué pasa si cambia el «agua» misma donde se disuelve el jabón?
4. Por qué el mismo jabón hace distinta espuma según la dureza del agua
La «dureza» del agua es un número que indica la cantidad de calcio y magnesio disueltos, convertido a la cantidad equivalente de carbonato de calcio. La explicación de la Prefectura de Kioto dice que el jabón hace buena espuma con agua blanda y poca con agua dura [4]. ¿Por qué cuesta hacer espuma? Aparte de las sales de ácidos grasos como el sodio del jabón, se explica que los compuestos donde metales como calcio o magnesio se unen a ácidos grasos se llaman «jabones metálicos» y son poco solubles o insolubles en agua [5]. Se considera que en el agua dura, las moléculas de jabón se unen al calcio u otros elementos formando sustancias poco solubles, reduciendo las moléculas disponibles para crear espuma. Como esta explicación conjunta no aparece tal cual en una sola fuente, lo mantenemos como algo «que se puede considerar». La forma de medir la dureza varía por país. En grados alemanes, 10 o menos es agua blanda, entre 10 y 20 es intermedia y 20 o más es dura [4]. El estándar de calidad del agua potable en Japón establece una dureza máxima de 300 miligramos por litro. El agua del suministro público de la Prefectura de Chiba tiene unos 80 miligramos/litro y se describe como agua blanda de grado medio [6]. Como los grados alemanes y los miligramos/litro son unidades distintas, no se pueden comparar directamente los números.
5. Cómo comprobar en casa que el jabón sostiene la espuma
Compara agua y agua con jabón: Prepara dos botellas de plástico limpias y llénalas a la mitad con agua. En una, disuelve una cantidad muy pequeña de jabón. Cierra bien las tapas y agítalas el mismo número de veces para comparar cuánto tardan en desaparecer las burbujas. Si las moléculas de jabón retrasan el adelgazamiento de la película, las burbujas con agua jabonosa deberían durar más.
Observa la espuma del agua del grifo: Si tienes agua del grifo de tu casa y agua comercial cuya etiqueta indique la dureza, prepara agua jabonosa con el mismo tipo y cantidad de jabón, agítala el mismo número de veces y compara la espuma. Los resultados son una referencia; como no solo la dureza cambia según el tipo de agua, no se puede decir que toda la diferencia en las burbujas se deba a la dureza.
Para leer documentación: Las explicaciones de la Prefectura de Kioto [4] y la página de la Oficina de Suministro de Agua de Chiba [6] permiten verificar los estándares de dureza del agua en japonés.