Hidrófobo para niños
La hidrofobicidad es una característica de algunas sustancias que parecen "rechazar" el agua. Imagina que el agua no se mezcla bien con ellas. Por el contrario, las sustancias que son "amigas" del agua se llaman hidrófilas.
Las moléculas hidrofóbicas suelen ser no polares, lo que significa que no tienen cargas eléctricas desiguales como las moléculas de agua. Por eso, prefieren unirse a otras moléculas neutras o a líquidos que tampoco son polares. Como las moléculas de agua sí son polares, las sustancias hidrofóbicas no se disuelven fácilmente en ella. Cuando las moléculas hidrofóbicas están en el agua, a menudo se agrupan, formando pequeñas esferas llamadas micelas. Si pones agua sobre una superficie hidrofóbica, verás que las gotas se quedan muy redondas y no se extienden.
Algunos ejemplos de sustancias hidrofóbicas son los aceites, las grasas y, en general, todo lo que es grasoso. Los materiales hidrofóbicos son útiles para limpiar derrames de petróleo en el agua o para separar sustancias no polares de otras polares en procesos químicos.
A veces, se usa la palabra "hidrofóbico" como si fuera lo mismo que "lipofílico", que significa "amante de la grasa". Aunque muchas sustancias hidrofóbicas también son lipofílicas, no son exactamente lo mismo. Por ejemplo, las siliconas y los fluorocarbonos son hidrofóbicos, pero no siempre lipofílicos.
La palabra hidrófobo viene del griego antiguo y significa "tener miedo al agua". Se forma de las palabras griegas hýdōr (agua) y phóbos (miedo).
Contenido
¿Por qué algunas sustancias rechazan el agua?
La razón principal por la que las sustancias hidrofóbicas no se mezclan con el agua tiene que ver con cómo se organizan las moléculas. Las moléculas de agua están muy unidas entre sí por algo llamado enlaces de hidrógeno. Cuando una sustancia no polar (hidrofóbica) entra en el agua, interrumpe estos enlaces.
Para que el agua siga unida lo más posible, las moléculas de agua se organizan de una manera muy ordenada alrededor de la sustancia hidrofóbica. Esta organización es como una jaula y requiere mucha energía. Para evitar esto, las moléculas hidrofóbicas prefieren agruparse entre sí, reduciendo la superficie que está en contacto con el agua. Así, el agua puede mantener sus enlaces y su organización de forma más libre. Por eso, el agua y las sustancias hidrofóbicas tienden a separarse, como el aceite y el agua.
Superhidrofobicidad: Cuando el agua no moja nada
Las superficies superhidrofóbicas son aquellas que son extremadamente difíciles de mojar. Un ejemplo famoso son las hojas de la planta de loto. Cuando una gota de agua cae sobre ellas, forma una esfera casi perfecta y rueda fácilmente, sin mojar la superficie. Esto se conoce como el efecto loto.
Este efecto no es una propiedad química, sino física, y está relacionada con la forma en que la superficie y el agua interactúan. Las gotas de agua sobre estas superficies tienen un ángulo de contacto muy grande, generalmente mayor a 150 grados.
¿Cómo se mide la superhidrofobicidad?
En 1805, un científico llamado Thomas Young explicó el ángulo de contacto. Este ángulo se forma donde una gota de líquido toca una superficie sólida y el aire. Es una forma de medir qué tan bien se "pega" el líquido a la superficie.
Los científicos Wenzel, y Cassie y Baxter, desarrollaron teorías para explicar cómo la rugosidad de una superficie afecta este ángulo de contacto. Descubrieron que si una superficie es rugosa a nivel microscópico, puede amplificar su característica hidrofóbica. Es decir, una superficie que ya es un poco hidrofóbica se vuelve mucho más hidrofóbica si tiene una textura rugosa.
El ángulo de contacto es una medida estática de la hidrofobicidad. También existen medidas dinámicas, como la histéresis del ángulo de contacto y el ángulo de deslizamiento. La histéresis mide cómo cambia el ángulo de contacto cuando una gota crece o se encoge sobre una superficie, lo que indica qué tan uniforme es la superficie. El ángulo de deslizamiento es el ángulo al que hay que inclinar una superficie para que una gota de agua empiece a rodar. Las superficies superhidrofóbicas suelen tener ángulos de deslizamiento muy bajos, lo que significa que las gotas ruedan con mucha facilidad.
Avances en materiales hidrofóbicos
Desde la década de 1960, los científicos han investigado y desarrollado materiales superhidrofóbicos. En 1964, se descubrió que el efecto loto estaba relacionado con superficies rugosas que eran hidrofóbicas. Más tarde, en 1977, se informó sobre la capacidad de autolimpieza de estas superficies con estructuras muy pequeñas (micro y nanoestructuras).
Desde los años 90, se han creado muchos materiales superhidrofóbicos usando diferentes técnicas, como la deposición de partículas o tratamientos con plasma. La investigación actual se enfoca en entender mejor cómo funcionan y en encontrar formas prácticas de fabricarlos.
Muchos materiales hidrofóbicos que encontramos en la naturaleza, como la hoja de loto, tienen una estructura especial a nivel microscópico que atrapa aire, lo que ayuda a que el agua no los moje. Inspirados en la naturaleza (esto se llama biomimética), los científicos han creado muchas superficies superhidrofóbicas artificiales. Un ejemplo es la "película de nanopin".
Aplicaciones de la hidrofobicidad
El hormigón hidrófobo, que repele el agua, se ha utilizado desde mediados del siglo XX.
La investigación actual en materiales superhidrofóbicos podría llevar a muchas más aplicaciones en la industria.
- Tejidos autolimpiables: Se ha logrado recubrir telas de algodón con partículas de sílice o titania para protegerlas de la luz ultravioleta y hacerlas superhidrofóbicas. Esto significa que la suciedad se desprende fácilmente.
- Plásticos autolimpiables: También se ha encontrado una forma efectiva de hacer que el polietileno sea superhidrofóbico y autolimpiable, eliminando hasta el 99% de la suciedad.
- Dispositivos médicos y de laboratorio: Las superficies superhidrofóbicas estampadas son prometedoras para pequeños dispositivos de laboratorio que analizan sustancias, mejorando la forma en que se realizan estos análisis.
- Farmacéutica: En la fabricación de medicamentos, la hidrofobicidad de las mezclas afecta la forma en que los fármacos se disuelven y la dureza de las pastillas. Se han desarrollado métodos para medir esta propiedad en los materiales farmacéuticos.
- Enfriamiento de edificios: Se están desarrollando superficies hidrofóbicas para el enfriamiento pasivo de edificios. Estas superficies se mantienen limpias por sí mismas, lo que mejora su capacidad para reflejar la luz solar y liberar calor.
Galería de imágenes
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Gota de rocío sobre una hoja que presenta hidrofobia.
Véase también
En inglés: Hydrophobe Facts for Kids
