La química detrás de cómo se hace una pompa de jabón gigante sin precedentes

una burbuja pexels

El 20 de julio de 2015, Gary Pearlman y un pequeño grupo de entusiastas se reunieron en un parque en Cleveland, Ohio, para intentar un récord mundial. El objetivo: crear la burbuja de jabón flotante más grande de la historia.

El equipo de Pearlman consistía en un par de cañas de pescar con una cuerda atada entre ellas. Sumergió la cuerda en una mezcla especial de agua, jabón y aditivos poliméricos y la levantó en el aire. Esto levantó la solución, creando una fina capa de película jabonosa. Mientras Pearlman agitaba las varillas, el movimiento del aire estiraba y extendía la película jabonosa, formando una burbuja gigante.

Al mismo tiempo, observadores independientes fotografiaron la burbuja desde varios ángulos para poder calcular su volumen. Resultó ser 96,27 metros cúbicos (3399,74 pies cúbicos), el más grande jamás medido. Ese día, Pearlman tomó legítimamente su lugar en el Libro Guinness de los Récords.

En el panteón de los logros científicos, la creación de pompas de jabón gigantes está tristemente subestimada. Y, sin embargo, plantea una serie de acertijos que han fascinado a Stephen Frazier y sus colegas de la Universidad de Emory en Atlanta.

Señalan que una burbuja está hecha de una película frágil de unos pocos micrómetros de espesor y, sin embargo, el gigante que batió récords de Pearlman debe haber tenido una superficie de más de 100 metros cuadrados. Un solo agujero puede hacer que la burbuja explote. ¿Cómo se crean películas tan grandes y cómo se mantienen estables? pregúntale a Frazier y compañía.

Hoy, el equipo proporciona algunas respuestas. Estos muchachos han estudiado las propiedades de las películas de jabón y cómo cambian cuando se agregan polímeros de diferentes tipos. Los resultados brindan una visión única de la ciencia de la formación de burbujas y las condiciones atmosféricas más favorables para los intentos de récord mundial.

Primero algunos antecedentes. Los entusiastas de las burbujas han discutido durante mucho tiempo las mejores mezclas para su arte. Para aquellos interesados ​​en hacer burbujas gigantes, el Wiki Burbujas de Jabón contiene una gran cantidad de información empírica y recetas para soluciones óptimas de burbujas, dicen Frazier y compañía.

El consenso es que las mejores mezclas de burbujas contienen agua, un detergente en forma de líquido para lavar platos (Dawn Pro parece ser el favorito) y una mezcla de polímeros, moléculas similares a cadenas largas que aumentan la viscosidad del fluido. Los polímeros preferidos son el óxido de polietileno (también llamado polietilenglicol), que a menudo se usa en cremas para la piel, y la goma guar, un espesante alimentario común extraído de las semillas de guar.

Los polímeros son importantes. La wiki de las pompas de jabón afirma que es casi imposible hacer pompas gigantes sin ellas. Pero exactamente lo que hacen es poco conocido. El papel preciso que juegan los polímeros es un misterio, dice la wiki.

Ingrese a Frazier y compañía, quienes estudian algunas de las propiedades que los polímeros le dan a las mezclas de burbujas. Identificamos algunos de los mecanismos físicos subyacentes que dan origen a las burbujas gigantes, dicen.

Su método es sencillo. Crean una gama de mezclas hechas de agua, Dawn Pro y varias concentraciones de goma guar u óxido de polietileno. Y estudian las propiedades de estos fluidos de dos maneras diferentes.

Primero, realizan una prueba de goteo en la que se forma una gota y luego cae de una pipeta. Filman este proceso utilizando una cámara de alta velocidad. En concreto, estudian cómo, en el momento en que cae una gota, se forma un hilo entre la gota y la pipeta.

También crean una hoja de película utilizando una cuerda sumergida en el líquido. Utilizan un sensor de infrarrojos para medir el grosor de esta película, cómo cambia antes de que la hoja se reviente y cómo los polímeros pueden prolongar esta vida útil.

Los resultados hacen una lectura interesante. Las soluciones más robustas para hacer burbujas son aquellas que permiten que el hilo de conexión se estire continuamente sin romperse. es fácil imaginar que agregar polímeros con cadenas más largas en concentraciones cada vez mayores es la mejor manera de hacerlo.

Pero Frazier y compañía dicen que los resultados no respaldan esto. Las soluciones más robustas para hacer burbujas tienen concentraciones intermedias y una mezcla de polímeros de varios pesos moleculares, lo que permite que un gran volumen de líquido se absorba continuamente en una película sin romperse, dicen.

Lo demuestran al agregar óxido de polietileno que se había degradado intencionalmente a la luz del sol durante seis meses. En el proceso, la luz del sol habría descompuesto las moléculas en cadenas más cortas, creando una mezcla de varias longitudes. Esto resulta crear la solución más robusta.

Exactamente por qué esto funciona es un rompecabezas. Frazier y sus colegas plantean la hipótesis de que las cadenas más cortas actúan como enlaces entre los polímeros más largos y más grandes en solución. Según nuestro conocimiento, la evidencia de este comportamiento no se ha informado en la literatura y se deja para futuros estudios centrados en la reología extensional, dicen.

La investigación también arroja algo de luz sobre las condiciones atmosféricas más adecuadas para hacer burbujas gigantes. Un factor clave es la longevidad de la película jabonosa: las películas de mayor duración permiten burbujas más grandes.

Los aditivos de polímero aumentan la longevidad, pero nadie está seguro de por qué. Una posibilidad es que hagan las películas más gruesas. Otra es que los polímeros evitan que el agua se drene de la película y, por lo tanto, prolongan su vida útil.

Frazier y compañía han obtenido una idea de este enigma. Dicen que un factor clave en el fortalecimiento de la película es la concentración de polímero en su interior, y esto aumenta a medida que se elimina el agua. Sin embargo, si se elimina demasiada agua, la película se vuelve demasiado delgada y se rompe. Así que hay un equilibrio cuidadoso en el trabajo.

Dos factores pueden eliminar el agua. El primero es la gravedad, que drena el agua de la película jabonosa. El segundo es la evaporación, que es importante debido a la enorme superficie de la película.

Frazier y compañía dicen que aumentar la humedad en sus experimentos también aumenta la vida útil de la burbuja. Esto sugiere que la evaporación debe minimizarse para evitar que la película se vuelva demasiado delgada. No es de extrañar que muchos entusiastas de las burbujas prefieran los días de verano cálidos y húmedos para hacer las burbujas más grandes, dicen.

Es un trabajo interesante que arroja nueva luz sobre la física de las películas delgadas. También revela un efecto previamente desconocido en la forma en que los polímeros de diferentes longitudes interactúan para aumentar la resistencia de una película. Ese es un efecto que necesita ser estudiado con más detalle.

También es un trabajo que Gary Pearlman podría encontrar útil, en caso de que intente batir su récord mundial en el futuro.

Ref: arxiv.org/abs/1908.00537 : Cómo hacer una burbuja gigante

esconder