Conceptos clave
Química
Surfactantes
Densidad
Polaridad

Introducción
Es posible que hayas escuchado a la gente decir: «Esos dos se mezclan como aceite y agua», cuando describen a dos personas que no se llevan bien. Quizás también hayas notado aceite brillante flotando en la superficie de charcos de agua después de la lluvia. En ambos casos, comprenderá que el agua y el aceite no van bien juntos, pero ¿se ha preguntado alguna vez por qué? Hay tantas otras cosas que se pueden disolver en el agua. ¿Por qué no el aceite? En esta actividad, exploraremos qué hace que el aceite sea tan especial, e intentaremos hacer que suceda lo imposible: ¡mezclar aceite y agua!

Antecedentes
A diferencia de muchas otras sustancias, como el jugo de frutas, los tintes alimentarios o incluso el azúcar y la sal, los aceites sí no se mezclan con agua. La razón está relacionada con las propiedades del aceite y el agua. Las moléculas de agua están formadas por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Además de tener esta estructura muy simple, el mol de agua cules son polares, lo que significa que hay una distribución desigual de carga a través de la molécula de agua. El agua tiene una carga negativa parcial de su átomo de oxígeno y cargas positivas parciales en sus átomos de hidrógeno. Esta polaridad permite que las moléculas de agua formen fuertes enlaces de hidrógeno entre sí, entre el átomo de oxígeno cargado negativamente en una molécula de agua y los átomos de hidrógeno cargados positivamente de otra. Otras moléculas, como las sales y los azúcares, también pueden disolverse en agua debido a su polaridad. Las cargas en cada extremo de la molécula de agua ayudan a romper las estructuras químicas de otras moléculas.

Los aceites, por el contrario, no son polares y, como resultado, no se sienten atraídos por la polaridad de las moléculas de agua. De hecho, los aceites son hidrófobos o «temerosos del agua». En lugar de ser atraídas por las moléculas de agua, las moléculas de aceite son repelidas por ellas. Como resultado, cuando agregas aceite a una taza de agua, las dos no se mezclan entre sí. Debido a que el aceite es menos denso que el agua, siempre flotará sobre el agua, creando una capa superficial de aceite. Es posible que lo hayas visto en las calles después de una lluvia intensa; algunos charcos de agua tendrán una capa de aceite flotando en ellos.

En esta actividad probaremos el poder de los surfactantes para ayudarnos a mezclar el aceite y el agua. El surfactante que usaremos es el detergente para platos, que ayuda a romper la tensión superficial entre el aceite y el agua porque es anfifílico: en parte polar y en parte no polar. Como resultado, los detergentes pueden unirse a las moléculas de agua y aceite. ¡Veremos los resultados de esta propiedad en esta actividad!

Materiales

• 2 botellas de agua de plástico transparente con tapa
• 2 tazas de agua
• Media taza de aceite (los aceites de oliva, de cocina o vegetales funcionarán)
• Jabón líquido para lavar platos
• Reloj o temporizador
• Marcador permanente
• Taza medidora
• Cuchara medidora
• Colorante para alimentos (opcional)

Preparación

• Quite las etiquetas de sus botellas de agua.
• Use su marcador para etiquetar las botellas: etiquete la primera «Aceite + Agua» y la segunda «Aceite + Agua + Jabón «. Escriba las etiquetas lo más cerca posible de la parte superior de las botellas.
• Vierta una taza de agua en cada botella.

Procedimiento

• Mida con cuidado y vierta un cuarto de taza de aceite en la botella etiquetada Oil + Water. Deje que la botella se asiente sobre una encimera o una superficie plana mientras observa el agua y el aceite. ¿Se hunde el aceite hasta el fondo de la botella, se sienta encima del agua o se mezcla con ella?
• Repita este paso, agregando un cuarto de taza de aceite a la botella etiquetada como Aceite + Agua + Jabón. ¿Se hunde el aceite hasta el fondo, ¿Sobre el agua o mezclar con ella?
• Agregue con cuidado tres cucharadas de jabón para platos a la botella etiquetada como Aceite + Agua + Jabón. Trate de no agitar la botella mientras agrega el jabón para platos.
• Asegúrese de que las tapas de las botellas estén bien ajustadas a cada botella.
• Sosteniendo una botella en cada mano, agite vigorosamente las botellas durante 20 segundos.
• Deje las botellas en el suelo sobre una superficie plana con mucha luz.
• Anote la hora en su reloj o programe un cronómetro para 10 minutos.
• Observe el contenido de cada botella. Sosténgalos frente a una luz uno a la vez para que pueda ver claramente lo que está sucediendo dentro de la botella. ¿Cambió algo cuando agitó las botellas? ¿Las mezclas se ven iguales en ambos? Si no es así, ¿qué es diferente entre ellos? ¿Cómo explicaría las diferencias que observa?
• Después de que hayan pasado 10 minutos, observe el contenido de las botellas y observe los cambios. ¿Cómo se ven el aceite y el agua en cada botella? ¿Se ha mezclado el aceite con el agua, se ha hundido hasta el fondo o ha subido hasta la cima?
• Extra: agregue colorante para alimentos al agua para obtener un efecto de lámpara de lava
• Extra: pruebe otros tipos de jabón, como pasta de dientes, jabón de manos y champú, mezclándolos con aceite y agua.

Observaciones y resultados
En esta actividad, combinó aceite y agua y luego observó cómo la adición de detergente para platos cambiaba las propiedades de esta mezcla. Primero deberías haber notado que cuando agregaste el aceite al agua, no se mezclaron. En cambio, el aceite creó una capa en la superficie del agua. Esto se debe a que el aceite es menos denso que el agua y, por lo tanto, flota hacia la superficie. Cuando agitó la botella de Aceite + Agua, es posible que haya notado que el aceite se rompió en pequeñas gotas. Sin embargo, estas perlas no se mezclaron con el agua. Después de dejar reposar la botella de Aceite + Agua durante 10 minutos, debería haber observado que el aceite y el agua comenzaban a separarse nuevamente casi de inmediato, y después de otros 10 minutos había nuevamente dos capas distintas en la botella.

En Por el contrario, debería haber encontrado que al agitar la botella de Aceite + Agua + Jabón se formaba mucha espuma, pero en lugar de comenzar a separarse inmediatamente, la mezcla tenía un color amarillo turbio. Eventualmente, el aceite y el agua deberían haberse separado en dos capas nuevamente, pero estas capas deberían haber aparecido menos distintas y más turbias que las capas en su botella de Aceite + Agua.

La diferencia entre las dos botellas resulta de agregar un plato detergente a la botella de Aceite + Agua + Jabón. Las moléculas de detergente pueden formar enlaces con moléculas de agua y aceite. Por lo tanto, aunque técnicamente el aceite y el agua no se mezclan entre sí, las moléculas de detergente para platos actúan como un puente entre las moléculas de aceite y agua. Como resultado, las moléculas de aceite y agua no están claramente separadas en la botella. En su lugar, verá una mezcla turbia, resultante de las cadenas de aceite, jabón y agua que ha creado al agregar detergente para platos.

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Esta actividad se le presentó en asociación con Science Buddies