Los físicos han creado “burbujas eternas”

Soplar burbujas de jabón nunca deja de deleitar al niño que llevamos dentro, quizá porque las burbujas son intrínsecamente efímeras y estallan a los pocos minutos. Ahora, unos físicos franceses han conseguido crear “burbujas eternas” a partir de partículas de plástico, glicerol y agua, según un nuevo trabajo publicado en la revista Physical Review Fluids. La burbuja más larga que construyeron sobrevivió la friolera de 465 días.

Las burbujas llevan mucho tiempo fascinando a los físicos. Por ejemplo, los físicos franceses en 2016 elaboraron un modelo teórico para el mecanismo exacto de cómo se forman las burbujas de jabón cuando los chorros de aire golpean una película jabonosa. Los investigadores descubrieron que las burbujas solo se formaban a partir de una determinada velocidad, que a su vez depende de la anchura del chorro de aire.

En 2018, informamos sobre cómo los matemáticos del Laboratorio de Matemáticas Aplicadas de la Universidad de Nueva York habían afinado el método para soplar la burbuja perfecta basándose en una serie de experimentos con películas delgadas y jabonosas. Los matemáticos llegaron a la conclusión de que lo mejor es utilizar una varilla circular con un perímetro de 3,8 cm y soplar suavemente a una velocidad constante de 6,9 cm/s. Si sopla a mayor velocidad, la burbuja estallará. Si usa una varilla más pequeña o más grande, ocurrirá lo mismo.

Y en 2020, los físicos determinaron que un ingrediente clave para crear burbujas gigantescas es mezclar polímeros de diferentes longitudes de hebra. Esto produce una película de jabón capaz de estirarse lo suficiente para crear una burbuja gigante sin romperse. Las hebras de polímero se enredan, como una bola de pelo, formando hebras más largas que no quieren romperse. En la combinación correcta, un polímero permite que una película de jabón alcance un “punto dulce” que es viscoso pero también elástico, sólo que no tan elástico como para romperse. Al variar la longitud de las hebras de polímero se obtiene una película de jabón más resistente.

Los científicos también están interesados en prolongar la longevidad de las burbujas. Las burbujas adoptan naturalmente la forma de una esfera: un volumen de aire encerrado en una piel líquida muy fina que aísla cada burbuja de una espuma de sus vecinas. Las burbujas deben su geometría al fenómeno de la tensión superficial, una fuerza que surge de la atracción molecular. Cuanto mayor es la superficie, más energía se requiere para mantener una forma determinada, por lo que las burbujas buscan adoptar la forma con menor superficie: una esfera.

Sin embargo, la totalidad de las burbujas estallan en cuestión de minutos en una atmósfera estándar. Con el tiempo, la atracción de la gravedad drena gradualmente el líquido hacia abajo y, al mismo tiempo, el componente líquido se evapora lentamente. A medida que la cantidad de líquido disminuye, las “paredes” de las burbujas se vuelven muy finas, y las pequeñas burbujas de una espuma se combinan en otras más grandes. La combinación de estos dos efectos se denomina “engrosamiento”. La adición de algún tipo de tensioactivo evita que la tensión superficial colapse las burbujas, reforzando las finas paredes de la película de líquido que las separan. Pero al final siempre ocurre lo inevitable.

En 2017, unos físicos franceses descubrieron que una carcasa esférica hecha de microesferas de plástico puede almacenar gas presurizado en un volumen minúsculo. Los físicos bautizaron los objetos como “canicas de gas”. Los objetos están relacionados con las denominadas canicas líquidas: gotas de líquido recubiertas de microesferas que repelen el líquido y que pueden rodar sobre una superficie sólida sin romperse. Aunque las propiedades mecánicas de las canicas de gas han sido objeto de varios estudios, nadie había realizado experimentos para explorar su longevidad.

Así que Aymeric Roux, de la Universidad de Lille, y varios colegas decidieron llenar ese vacío. Experimentaron con tres tipos diferentes de burbujas: burbujas de jabón estándar, canicas de gas hechas con agua y canicas de gas hechas con agua y glicerol. Para hacer sus canicas de gas, Roux et al. esparcieron partículas de plástico en la superficie de un baño de agua, que se atascaron para formar una balsa granular. A continuación, los investigadores inyectaron un poco de aire con una jeringa justo por debajo de la balsa para formar burbujas y utilizaron una cuchara para empujar las burbujas sobre la balsa hasta que toda la superficie de cada burbuja estuviera recubierta de partículas de plástico.

Las burbujas de jabón estándar estallan en un minuto más o menos, como era de esperar. Pero Roux et al. descubrieron que el revestimiento de partículas de plástico neutralizaba significativamente el proceso de drenaje de las canicas de gas a base de agua, que se colapsaban entre seis y 60 minutos. Para prolongar aún más la vida útil, los investigadores necesitaban neutralizar también la evaporación.

Así que añadieron glicerol al agua. Según los autores, el glicerol tiene una alta concentración de grupos hidroxilos, que a su vez tienen una fuerte afinidad con las moléculas de agua, creando fuertes enlaces de hidrógeno. Así, el glicerol es más capaz de absorber el agua del aire, compensando así la evaporación. Las canicas de gas de agua/glicerol duraron mucho más: de cinco semanas a 465 días, lo que permitió a los investigadores determinar la mejor proporción de agua y glicerol, la receta perfecta para las canicas de gas de larga duración.

El trabajo de los investigadores va incluso más allá de las burbujas. También pudieron crear robustas películas líquidas compuestas y darles forma de diferentes objetos sumergiendo un marco metálico bajo una superficie líquida cubierta con una capa de partículas de plástico atascadas. El marco capturó las películas recubiertas de partículas mientras se elevaba lentamente hacia la superficie. En particular, Roux et al. lograron construir una pirámide en 3D a partir de una película líquida de agua/glicerol. La pirámide ha durado más de 378 días (y contando).

DOI: Physical Review Fluids, 2022. 10.1103/PhysRevFluids.7.L011601.

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