Fascinación por las espumas

Amir Maldonado / Universidad de Sonora
El mar
sonríe a lo lejos.
Dientes de espuma,
labios de cielo.
Federico García Lorca

 

El ser humano se ha embelesado con las espumas desde tiempos inmemoriales. Esto se refleja en una de las versiones del nacimiento de la diosa de la belleza en la mitología griega.

Afrodita, deidad del amor, la belleza y la sexualidad, nació de la espuma que se creó cuando Cronos lanzó al mar los genitales de Urano, su padre. De hecho, aphros en griego es espuma: el nombre mismo de la diosa recuerda su origen. La contraparte romana, Venus, nació de igual manera, lo cual ha quedado plasmado magistralmente en obras como en el clásico cuadro de Sandro Boticelli.

Cualquiera que haya contemplado la espuma que se forma al romper las olas del mar en una playa seguramente ha sido partícipe del embeleso por este espectáculo natural.

¿Qué tiene la espuma que es capaz de cautivar de esta manera e inspirar historias mitológicas?

Sin duda, la particularidad de algunas de sus características: su color blanco, límpido, aunado a su consistencia ligera, tan sutil al tacto. El blanco ofrece una sensación de pureza, de ausencia de elementos extraños; la levedad, tan aparentemente contradictoria con su volumen, brinda un carácter un tanto ingrávido, que la hace aparecer sorprendentemente inmaterial.

Es probable que por eso fascinen las espumas. Y también por la manera en que se crean. Aparecen de pronto donde no había más que un líquido, al cual basta agitar con cierto vigor, tal como hacen las olas cuando rompen en la playa o quien sirve una cerveza dejándola caer descuidadamente en un vaso. En ambos casos, el movimiento integra al aire con el líquido y surge la espuma.

agua-burbujaY sin embargo, no basta con agitar vigorosamente un líquido para obtener una espuma estable. El lector puede hacer el experimento con una botella con agua pura; al zarandearla se consiguen burbujas que forman una espuma que dura prácticamente lo mismo que la agitación: cesando esta, las burbujas desaparecen casi inmediatamente.

Para que una espuma permanezca se requiere algo más que un líquido agitado. Es necesario que el líquido contenga moléculas que recubran a las burbujas y las mantengan íntegras en el cuerpo de la espuma.

Estas moléculas reciben el calificativo de “anfifílicas”, palabra que denota substancias que tienen una doble afinidad, por una parte con el agua, y por otra parte con el aceite o con el aire. Etimológicamente, este término viene del griego anfi “en ambos lados” y filos “afinidad”.

Debido a esta doble afinidad, dichas moléculas se colocan en la frontera entre el agua y el aire, recubriendo cada burbuja de la espuma y otorgándoles estabilidad. Los detergentes tienen este tipo de moléculas; por eso pueden formar espumas muy estables. La cerveza tiene proteínas que cumplen esta función también. En el mar, hay materia orgánica que recubre las burbujas y les permite existir por un cierto tiempo.

La espuma resultante es ligera porque está formada mayoritariamente por aire. Se trata de una colección de burbujas empaquetadas de manera muy compacta, recubiertas de moléculas anfifílicas y separadas por una fina capa líquida. Pero la mayor parte del volumen corresponde al aire (¡puede ocupar más del 99 % del volumen de la espuma!).

La espuma es blanca porque las burbujas tienen un tamaño tal que dispersan mucho la luz que las ilumina.

La espuma es blanca porque las burbujas tienen un tamaño tal que dispersan mucho la luz que las ilumina. Este tamaño puede ser del orden de unas cuantas micras a unos pocos milímetros. Objetos de ese tamaño desvían buena parte de la luz que les llega y entonces aparecen blancos a los ojos del observador.

Pero las espumas no existen solamente para cautivarnos. El ser humano les ha encontrado aplicaciones que nos hacen la vida más cómoda. Y esto las ha convertido no solamente en detonadoras de placer visual, sino en objeto de estudio científico.

Así se ha llegado a crear sistemas espumantes con fines diversos: extinguidores de incendio, cremas para afeitar, limpiadores, etc. Incluso, es muy probable que usted esté leyendo este texto cómodamente instalado en una espuma: el colchón de su asiento, de su cama o de su almohada. Aunque en estos últimos casos, técnicamente se trata de una espuma “sólida”, es decir, de una colección de burbujas de aire rodeadas de un medio sólido, conjunto al que algunas veces se denomina “hule espuma”.

hule eespumaEn todas estas aplicaciones se aprovecha el hecho de que una gran cantidad de aire integra la espuma. Así se puede utilizar muy poco material para recubrir una superficie grande o se pueden conseguir superficies que se deforman cuando posamos en ellas nuestro cuerpo.

Muchos científicos se dedican a la investigación de las propiedades de las espumas. Una de las que más importa tiene que ver con los factores que aseguran su estabilidad. Porque a pesar de que en ocasiones su crecimiento es vertiginoso, tanto que ha dado lugar a la frase coloquial que describe situaciones donde algo aumenta o prospera rápidamente (“subir como la espuma”), no siempre las espumas permanecen un tiempo considerable. Muchas de ellas se deshacen en fracciones de segundo, como las que se obtienen con el agua pura o con una bebida carbonatada.

Una espuma se destruye por diferentes fenómenos que ocurren en su interior

Los científicos han aprendido que una espuma se destruye por diferentes fenómenos que ocurren en su interior. Por ejemplo, la unión de burbujas pequeñas para dar bolsas de aire más grandes: la coalescencia. O por el paso de gas a través de la película líquida que separa dos burbujas, efecto a veces llamado “maduración”. Ambos procesos traen como consecuencia que las burbujas desaparezcan poco a poco.

Otro fenómeno desestabilizante es el drenaje. De hecho, el líquido que queda entre las burbujas de una espuma es atraído hacia la tierra por la ley de la gravedad. Entonces, lentamente resbala hacia abajo, adelgazando la frontera líquida entre burbujas, las cuales eventualmente se rompen y la espuma desaparece.

Generalmente estos fenómenos (coalescencia, maduración, drenaje) están presentes al mismo tiempo y es un reto estudiarlos por separado. Tan importante es esto que se han mandado instrumentos al espacio para preparar espumas en ambientes sin gravedad y estudiar su comportamiento en ausencia de drenaje. Tales experimentos se han realizado en la estación orbital internacional, aunque también en aviones experimentales que suben a la estratósfera para después dejarse caer en picada, lo que permite algunos segundos de un ambiente de microgravedad.
cervezaCon estos y otros muchos experimentos se han encontrado factores que promueven la formación de espumas y factores que la inhiben. Así, suceden cosas tan curiosas como que los fabricantes de cerveza incorporan aditivos para que el producto genere más o menos espuma según el consumidor. Esto debido a que en Europa una cerveza con una espuma durable y espesa es sinónimo de calidad, mientras que en países como el nuestro la espuma es relativamente indeseable.

Generalmente se buscan sistemas donde se produzcan espumas rápidamente y perduren un cierto tiempo. Por ejemplo, en los extinguidores de fuego o en los productos para afeitarse. Pero también se utilizan elementos antiespumantes en situaciones donde se requiere eliminar espumas: contaminación, obstaculización de la visión, etc.

Mousse-de-chocolateLas aplicaciones de las espumas se encuentran también en los alimentos. El pan es una espuma. Un postre como la mousse de chocolate también lo es. De hecho, la palabra “mousse” es el término francés para denotar una espuma.

Las espumas sólidas no solamente se utilizan como colchones, sino también como aislantes acústicos y térmicos. Incluso, en el futuro los automóviles y aviones pudieran estar fabricados a partir de espumas metálicas. Esto es porque un material de este tipo, una matriz metálica incrustada con “burbujas” de aire, ofrecería la resistencia mecánica de un metal, pero pesaría muchísimo menos que su contraparte sólida por el alto contenido de aire, con el consecuente ahorro de combustible.

CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=641249
CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=641249

Debido a la importancia de sus aplicaciones y porque las espumas han estimulado la inteligencia y curiosidad humanas, muchos científicos se han dado a la tarea de describirlas y explicarlas, lo cual es un gran desafío intelectual. No es fácil estudiar teóricamente una espuma ni mucho menos su evolución temporal.

Por ejemplo, la comunidad científica tiene un reto que consiste en encontrar teóricamente la estructura de una espuma “ideal” (aquella formada por burbujas de igual volumen, pero con la menor área de contacto entre ellas). Este problema fue formulado por Lord Kelvin en 1887, acompañado de una propuesta de solución. Más de cien años después, un equipo del Trinity College de Dublín dio con una estructura (llamada de Weaire-Phelan) que tiene menor área que la propuesta por Kelvin; pero todavía no se ha demostrado si ésta u otra corresponde a la espuma “ideal”.

Curiosamente, la estructura de Weaire-Phelan es tan bella que fue utilizada en el proyecto ganador de un concurso arquitectónico para el complejo acuático de las olimpiadas de Beijing de 2008.

BombollesSabo

Así, las espumas son objeto de estudio de la ciencia, tanto desde un punto de vista experimental, como teórico e incluso computacional. Todavía hay misterios por resolver en estos sistemas tan aparentemente simples.

Las espumas siempre han cautivado a la humanidad e inspirado leyendas y metáforas. Y han aparecido en cuadros, poemas y canciones. Tal como aquella que retrata a los afortunados que nacieron en una ribera del Arauca vibrador, pues son “hermanos de la espuma, de las garzas, de las rosas, y del Sol”. C2

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