1. Por qué el agua y el aceite se separan aunque los agites
Cuando pones agua y aceite en un recipiente y lo agitas con fuerza, el aceite se rompe en partículas finas y parece mezclarse temporalmente. Pero si lo dejas reposar un momento, vuelve a separarse en dos capas distintas [4].
Si añades un agente como el jabón y agitas, la mezcla se mantiene turbia y unida durante más tiempo [4]. El aceite puede eliminarse con agua precisamente porque se puede crear este estado de mezcla. Entonces, ¿qué forma tienen las moléculas de jabón para lograr esto?
2. Cómo es la molécula de jabón: una cabeza que atrae el agua y una cola que atrae el aceite
El jabón es una mezcla de sales de sodio o potasio de ácidos grasos, que tienen forma de cadena larga [2]. Un extremo de la molécula tiene propiedades iónicas, por lo que se siente atraído por el agua. La parte larga de hidrocarburos no tiene carga eléctrica, repele el agua y se siente atraída por el aceite [2].
Al lado que se une al agua se le llama grupo hidrofílico, y al lado que se une al aceite se le llama grupo lipofílico (o hidrofóbico). Las sustancias que tienen ambos lados se llaman tensioactivos. Como tienen "cara" para el agua y para el aceite, pueden hacer que convivan dos cosas que normalmente no se mezclan [1].
3. Cómo se agrupan las moléculas de jabón en esferas llamadas micelas
A medida que aumenta la cantidad de jabón en el agua, las moléculas se agrupan. Apuntan sus colas lipofílicas hacia el interior y sus cabezas hidrofílicas hacia el exterior, hacia el agua, formando partículas esféricas [3]. Esto es una micela.
Se dice que es más estable estar agrupados así que dispersos, porque las colas lipofílicas tienen menos contacto con el agua [1]. La concentración a la que empiezan a formarse micelas se llama concentración micelar crítica [3]. Al superar esta concentración, aparecen funciones propias de los tensioactivos, como la emulsión y la limpieza. Sin embargo, el valor concreto cambia según el tipo de jabón y las condiciones, por lo que no se da un número específico aquí.
4. Cómo las micelas atrapan el aceite en su interior (solubilización)
En el interior de la micela están agrupadas las colas lipofílicas. Como ese lugar es afín al aceite, puede atrapar sustancias oleosas que no se disuelven en agua. Este fenómeno se llama solubilización y se considera una función importante para la limpieza [3].
Los libros de química explican que la grasa queda envuelta por las colas hidrofóbicas del jabón en el centro de la micela y se disuelve en el agua [2]. Que se pueda enjuagar con agua no significa que el aceite se haya disuelto en sí, sino que ha adoptado una forma afín al agua al estar rodeado por las colas.
5. Por qué la mezcla se ve transparente o blanca según cómo esté el aceite
Una solución donde el aceite ha entrado dentro de la micela (solubilización) parece transparente. Por otro lado, en la emulsión, las gotas de aceite son más grandes que las micelas y la solución se ve blanca y turbia [4]. Se dice que el agua de lavar la ropa o los platos se vuelve blanquecina por esta forma de emulsión.
Las partículas sólidas, como el polvo, quedan rodeadas por moléculas de tensioactivo y se dispersan de forma estable en el agua. Esto se llama dispersión [4]. Además, el jabón debilita la tensión superficial, lo que facilita que el agua penetre en la tela (penetración) [5]. Estas acciones se combinan para ayudar a eliminar la suciedad.
Nota: En el lavado real, no está claro en los materiales utilizados aquí qué proporción de limpieza corresponde a la solubilización y cuál a la emulsión.
6. Por qué el jabón funciona peor en agua dura y deja residuo
El agua dura contiene mucho magnesio y calcio. Cuando el jabón se encuentra con ellos, se convierte en una sal insoluble en agua [2]. El anillo de residuo de jabón que aparece en la bañera se explica como el resultado de este cambio.
Esta reacción ocurre antes de que el jabón actúe sobre la suciedad. Cuanto más jabón metálico se forma, menos jabón queda disponible para quitar la suciedad [6]. Se explica que en aguas de alta dureza se necesita más jabón.
7. Un experimento para investigar por tu cuenta con agua, aceite y jabón
Lo que puedes hacer hoy: Pon agua y una pequeña cantidad de aceite de ensalada en una botella de plástico transparente. Cierra bien la tapa y agita. Mide el tiempo que tarda en separarse el aceite. Luego añade unas gotas de agua con jabón, agita de nuevo y compara la turbidez y la separación. Asegúrate de cerrar bien la tapa y limpia cualquier líquido derramado.
Para investigar más: Si investigas la diferencia entre "emulsión" y "solubilización" usando ejemplos como la mayonesa o la leche, encontrarás el mismo mecanismo en cosas cotidianas.