De entre los fluidos
La ciencia e ingeniería de los fluidos y sus corrientes van de lo minúsculo a lo cosmológico pasando por la atmósfera y el océano. En nuestro nivel, se abarcan escalas también muy amplias, pues no es lo mismo el comportamiento de un automóvil a baja velocidad que cuando va muy deprisa. Por otro lado, un espermatozoide o una bacteria nadan en su medio por fricción, mientras que un delfín lo hace por inercia; fricción e inercia corresponden a dos regímenes muy diferentes. El primero laminar y el otro, cuando las velocidades son muy altas, turbulento.
Citemos aspectos de una sola clase de problemas: el mojado, adsorción (adherencia o impregnado) y desparramo o esparcimiento de un líquido sobre un sólido o sobre otro líquido, inmiscible con aquél, como es el caso del petróleo sobre el mar o del aceite de oliva sobre el agua. Benjamin Franklin mostró experimentalmente (hacia 1773) cómo una cucharada de aceite al esparcirse sobre el agua de un estanque llegaba a ocupar hasta cien metros cuadrados. Ello se debe a que la película de aceite es tan delgada que sólo emerge del agua la talla nanométrica de una molécula. Recientemente, junto con Victor M. Starov, he estudiado cómo se esparce una gota sobre otro líquido inmiscible o sobre algo así como una tostada. Parece increíble, pero la ley del desparramo no existía en la literatura. Como todos sabemos, el aceite empapa la tostada a la vez que se esparce sobre su superficie. Cada experimento proporciona resultados que en valor absoluto le son genuinos pero, referidos relativamente a los valores y los tiempos totales del proceso en cada caso, son descriptibles mediante una ley universal. Al principio, el esparcimiento del líquido en superficie va de par con la progresión horizontal del líquido embebido, luego ésta va más deprisa y después la gota sobre la superficie se encoge hasta que desaparece.
El aceite no se disuelve en el agua y recíprocamente. Por eso no hay manera de limpiar una sartén lavándola sólo con agua. Tampoco se lava una camisa manchada de grasa aclarándola con agua. Usamos jabón o detergente añadido al agua. Las moléculas de jabón son ambivalentes, juegan a dos bandas porque tienen cabeza hidrófila y cola hidrófoba. Añadidas al agua se pegan con la cola a la grasa o al aceite, o sea se colocan en la entrefaz de ambos líquidos, modificando así la tensión interfacial aceite-agua, de ahí que el jabón sea tensioactivo. Las gotas de aceite o manchas de grasa así rodeadas de moléculas de jabón son presa fácil para el chorro de agua del grifo que se las lleva en suspensión. La sartén o la camisa quedan limpias y aclaradas. Una curiosidad: eche siempre el vinagre antes que el aceite al aliñar una ensalada, algo de buen sentido científico que en este caso también pertenece al acervo del sentido común.
Los tensioactivos son de uso corriente en las industrias alimentaria, textil, del calzado, cosmética, de las pinturas, lacas y de la peluquería. El tensioactivo puede mejorar la impregnación de un sólido haciendo el esparcimiento más rápido. DuPont se ha ocupado de tensioactivos con una estrategia sencilla desde el principio: fomentar la investigación básica y aplicada, contratando a personas de alto nivel y prestigio o a gente de potencial extraordinario aunque no tuviesen reputación establecida; en el último caso, gente joven, recomendada por mentores de prestigio, con amplia libertad en sus pesquisas. Sirva de muestra el descubrimiento del teflón, el material de más baja fricción según el libro Guinness. El teflón es un polímero fluorado descubierto por casualidad por un joven científico, R. Plunkett, salido de la clase del que fue premio Nobel de los polímeros, P. Flory. Plunkett trataba de obtener fluidos refrigerantes no venenosos y, sin buscarlo, polimerizó gas tetrafluoroetileno comprimido dando un polvo blanco de politetrafluoroetileno.
En vez de tirar a la basura ese polvo encontrado inesperadamente, lo analizó y así inventó el teflón, extraordinariamente anticorrosivo. Luego vino la utilización en utensilios de cocina, de electrónica y en tejidos. Al echar aceite o agua a una sartén teflonada, no se adhieren sino que deslizan magníficamente. Tras freír un huevo, éste no se queda pegado: una maravilla de la ingeniería... pero sobre todo de la ciencia. La ciencia es parte de la cultura y uno de los más grandes logros del pensamiento racional.
Manuel García Velarde es catedrático de Física de la Universidad Complutense de Madrid (http://fluidos.pluri.ucm.es) y ganador del Premio DuPont de la Ciencia (2003).
