Este es un experimento muy colorista que permite comprobar cómo un detergente puede alterar la tensión superficial de la leche y dejar que se muevan libremente en ella las moléculas de una o varias especies químicas que, en condiciones normales, verían dificultado su flujo libre.
El experimento
El experimento se puede realizar de forma segura en cualquier laboratorio o aula. Basta con depositar algunas gotas de colorantes alimentarios líquidos sobre un poco de leche vertida en un plato y tocar la leche con un bastoncillo de algodón impregnado en detergente. Se observará un movimiento repentino de los colores a partir del punto donde el bastoncillo tocó la leche.
Se puede hacer el experimento empleando leche entera, desnatada y semidesnatada y comparar los resultados, aunque saldrá mejor con la leche entera. Aunque se necesita muy poca leche, por cuestiones éticas y pedagógicas se recomienda utilizar leche cuya fecha de caducidad haya pasado.
Se puede probar a hacer el experimento con el bastoncillo mojado solo en agua para comprobar que no es la introducción de este objeto en la leche lo que provoca los movimientos, sino el detergente.
Explicación
La leche es una emulsión de sustancias grasas en agua que además contiene proteínas, azúcares, vitaminas y minerales. Como cualquier otro líquido, tiene una cierta tensión superficial en virtud de la cual opone resistencia al aumento de su superficie, lo que es debido en última instancia a la existencia de fuerzas intermoleculares que mantienen unidas a las moléculas. La tensión superficial del agua explica, por ejemplo, que un mosquito zapatero pueda caminar sobre ella o que, si se deposita con cuidado una aguja sobre el líquido, esta no se hunda.
Cuando se añade a la leche una gota de colorante, las moléculas de este se difunden con dificultad y muy lentamente debido a la tensión superficial. Pero si se añade un poco de detergente, este disminuye la tensión superficial de la leche en el punto en que contacta con ella. Fuera de ese punto la leche mantiene su tensión superficial. Eso crea un desequilibrio cuyo resultado es una fuerza que empuja a las moléculas de leche lejos de donde está el jabón, arrastrando consigo al colorante.
Efecto Gibbs-Marangoni
Este fenómeno ocurre en sistemas en los que existen en contacto dos fluidos con diferentes tensiones superficiales. Se denomina efecto Gibbs-Marangoni y consiste en una transferencia de masa en la interfase entre los dos fluidos debido a un gradiente de tensión superficial. Se manifiesta en que el fluido con menor tensión superficial tenderá a fluir hacia el que tiene mayor tensión superficial.
La disminución de la tensión superficial de la leche por el detergente podría explicarse por las diversas interacciones entre el detergente y los diversos componentes de la leche. Especialmente se ven afectadas las grasas. Las moléculas del detergente interaccionan con las moléculas de grasa formando micelas, que son ordenaciones moleculares en forma de nanogotas cuya parte exterior es hidrofílica (es decir, que interacciona fácilmente con el agua) y cuya parte interior es hidrofóbica (que repele al agua). En la imagen siguiente se muestra una micela rodeada de moléculas de agua.
Este fenómeno se produce en general cuando se agrega cualquier jabón al agua y eso justifica su poder de limpieza, ya que el agua con jabón disuelto arrastra fácilmente estas micelas de superficie hidrofílica que incluyen en su interior a la grasa de la suciedad.
Complemento
Los fenómenos explicados guardan cierta relación con lo que ocurre cuando se echa una gota de detergente o jabón sobre una superficie de agua en la que flota por toda ella polvo de pimienta negra. Si se toca el centro de la superficie de agua con un dedo no pasará nada, pero si previamente el dedo se moja en detergente líquido, al entrar en contacto con el agua la pimienta se moverá centrífugamente alejándose del detergente.
El polvo de pimienta es hidrofóbico y por lo tanto no se moja. Además, queda flotando debido a la tensión superficial del agua, la cual es debida principalmente a que las moléculas de agua están unidas entre sí por enlaces de hidrógeno. El jabón o el detergente forman micelas que interaccionan con el agua de modo que rompen estos enlaces, disminuyendo la tensión superficial considerablemente. Pero eso solo ocurre en el punto en el que el jabón toca al agua. Fuera de él, las moléculas de agua siguen unidas manteniendo una tensión superficial alta. Por efecto Gibbs-Marangoni, el agua con tensión baja tiende a migrar hacia el agua con tensión alta arrastrando consigo al jabón y a la pimienta. El jabón bajará la tensión superficial allá donde se encuentre y de este modo el efecto continuará hasta que todo el jabón se haya repartido por toda el agua.
Referencia
- Efecto Marangoni. Wikipedia. https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Marangoni.
Este experimento pertenece al libro:
Denís Paredes Roibás, José M.ª Gavira Vallejo: 125 experimentos de química insólita para la Enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/125eqi/ .
