El pasado mes de noviembre investigadores del laboratorio GRASP de la Universidad de Lieja (Bélgica) anunciaron que habían conseguido obtener un tipo especial de antiburbujas: las ‘antiburbujas térmicas’, tal y como las han denominado (las antiburbujas son lo contrario a las burbujas, esto es, una gota de líquido rodeada de una película de gas que se forma en el seno de un líquido). Y no solo eso, sino también que, gracias a su mayor estabilidad (que hace que su vida media sea el doble de las antiburbujas estudiadas hasta ahora), habían podido constatar cómo evolucionan en el seno del líquido desde el momento de su formación hasta que desaparecen.

Más allá de lo impactante que resulta el concepto de antiburbuja per se, lo más llamativo es que este descubrimiento no se habría efectuado (en realidad, con toda probabilidad sí se habría efectuado igualmente, aunque en otras circunstancias y con otras motivaciones) de no haber sido porque, en 1756, un físico alemán decidió estudiar el comportamiento de las gotas de agua sobre una cuchara de hierro calentada al rojo vivo.

Por casualidad

Y es que las antiburbujas térmicas surgieron por casualidad –o serendipia, si recurrimos al término empleado por los autores–, ya que el objetivo del experimento era reducir el movimiento de una gota de líquido para poder medir con exactitud el preciso momento en que comenzaba a manifestarse el efecto Leidenfrost, nombrado así en honor del físico alemán Johann Gottlob Leidenfrost, quien lo estudió y lo describió en su ‘Tratado sobre algunas cualidades del agua común’.

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Un inciso: el fenómeno fue identificado en primer lugar por el físico neerlandés Herman Boerhaave en 1732, aunque fue Leidenfrost quien, 24 años después, lo estudió. Por eso algunas fuentes lo refieren como efecto Leidenfrost-Boerhaave). 

El efecto Leidenfrost alude a la formación de una capa de vapor aislante justo debajo de un líquido cuando este se deposita sobre un medio con una temperatura muy superior a la temperatura de ebullición del líquido. Y la principal y más contraintuitiva manifestación es que la velocidad de evaporación del líquido disminuye de manera apreciable. O dicho de forma más explícita: que las gotas de líquido tardan más en evaporarse cuando la temperatura de la superficie es mucho mayor que su temperatura de ebullición –en concreto cuando supera una temperatura crítica– que cuando la temperatura de la superficie está próxima a la de la temperatura de ebullición del líquido. Además, el líquido se desplaza libremente sobre la superficie ‘sobrecalentada’.

Heribero Arribas Abato / Wikipedia

El motivo es que la superficie de contacto está tan caliente que, al acercarse, la parte inferior del líquido se evapora de forma instantánea, creando una capa de gas que actúa como aislante térmico, por lo que el resto del líquido tarda más en recibir la energía térmica que necesita para evaporarse por completo. Este colchón de vapor es también lo que permite el desplazamiento del líquido sin ‘fricción’ o levitación del líquido.

Como ya se ha dicho, Leidenfrost estudió este fenómeno depositando gotas de agua sobre una cuchara de hierro calentada al rojo vivo y midiendo el tiempo de evaporación según las oscilaciones de un péndulo. Así, constató que las gotas depositadas justo al sacar la cuchara del fuego tardaban más en evaporarse que las que depositaban a continuación conforme la cuchara se iba enfriando; lo cual, a priori, desafiaba la lógica.

Gotas sobre un baño de aceite

Y tras esta incursión histórico-detectivesca es el momento de retomar la reciente investigación: en ella, y para alcanzar el objetivo original, los investigadores optaron por dejar caer gotas de un líquido volátil en un baño de un aceite de elevada viscosidad y con una temperatura muy por encima de la de ebullición del líquido volátil para conseguir reducir el movimiento de la gota y ver cuándo comenzaba a manifestarse el efecto Leidenfrost. Sin embargo, lo que pudieron apreciar es que, si las gotas se dejaban caer desde una altura suficiente, su energía cinética les permitía penetrar lo suficiente –y los suficientemente rápido– en el aceite para que, por acción del efecto Leidenfrost, se formase una película de vapor que envolvía la gota, dando lugar a una antiburbuja –además de aislarla térmicamente–.

Esto les permitió observar cómo la antiburbuja, en un primer instante, se hunde en el aceite debido a que la densidad del líquido es mayor y, por tanto, el peso de la gota excede el empuje. Pero conforme el calor alcanza la gota de líquido, la parte más exterior se va evaporando, lo que engrosa la envoltura de vapor. Esto provoca que el aislamiento se haga más efectivo –de ahí su elevada vida media– y que aumente la flotabilidad de la gota, de modo que la antiburbuja comienza a flotar en el líquido y, a continuación, conforme la capa externa de vapor sigue aumentando y el volumen de la gota de líquido disminuye, empieza a ascender hasta la superficie del aceite, donde se desintegra.

La gota sobre el tejado de zinc (o cualquier superficie muy caliente)

Es momento de dar un paso atrás para ganar en perspectiva: cuando se deposita una gota de un líquido sobre una superficie a una temperatura por debajo del punto de ebullición del líquido, aquella se aplana y se extiende sobre la superficie y se va calentando.

Cuando la temperatura de la superficie alcanza el punto de ebullición del líquido, la gota se extiende menos porque se evapora rápidamente. Conforme sigue aumentando la temperatura, las gotas cada vez se deforman menos y se evaporan más rápido. Pero cuando se alcanza una temperatura crítica (denominada temperatura de Leidenfrost) lo que sucede es que la parte inferior de la gota se evapora de forma instantánea, antes incluso de entrar en contacto con la superficie, creando una película o colchón de vapor aislante que hace que el resto de la gota tarde más en evaporarse y se pueda deslizar sin (casi) fricción.

Esto último se puede entender mejor recurriendo a una analogía náutica: podría decirse que las gotas pasan de comportarse como lanchas a comportarse como aerodeslizadores.

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