Serie Juguemos a los ¿por qué? / ¿Por qué el agua y el aceite no se mezclan?

(13/10/10 – Agencia CyTA-Instituto Leloir- María Cristina Chaler)-.La materia  visible o invisible que conforma todo lo que nos rodea, aún la de nuestro cuerpo, está constituida por átomos que son básicamente electricidad, es decir, cargas positivas o protones, concentradas en un pequeño núcleo y electrones que las neutralizan girando a su alrededor.  Estos átomos  se unen entre sí a través de sus propiedades eléctricas, formando moléculas de distintas formas y tamaños que conforman toda la materia del planeta. 

La materia, a nivel macro, se presenta  con diferentes propiedades  y los millones de millones de moléculas que la conforman interaccionan entre sí atrayéndose en mayor o menor grado y generando los diferentes estados.

Tanto el agua como el aceite a temperatura ambiente son líquidos y lo notable es que cuando agregamos aceite al agua o viceversa, éste quedará flotando sobre la superficie y no se mezclará. Formarán un sistema de dos fases líquidas inmiscibles.

Para poder encontrar la respuesta a l ¿por qué? debemos conocer la naturaleza íntima de   de las sustancias y en especial la del agua y el aceite.

Los átomos se unen entre sí para formar moléculas  y estas resultan ser un conglomerado de núcleos positivos rodeados de electrones que los estabilizan. Las moléculas adoptan en el espacio tridimensional diferentes formas y en general toman las de la geometría que les confiere mayor estabilidad. Se respeta la simetría y los electrones se colocan en las posiciones de máxima repulsión, formando un conglomerado eléctrico que suele tener dos características diferentes:

-Con cargas eléctricas simétricas: molécula no polar.

-Con cargas eléctricas asimétricas: molécula polar.

Las densidades eléctricas diferentes les confieren zonas con menor cantidad de electrones o  positivas y otras zonas densamente  cargadas de electrones o negativas.

Cuando las moléculas son polares se transforman en pequeños imanes permanentes que se atraen entre sí desde los polos opuestos y se facilita la conformación del estado líquido.

Veamos qué pasa con el agua…

El agua (H2O) es una molécula polar, la zona negativa se encuentra sobre el átomo de oxígeno que es un gran atractor de electrones y los hidrógenos son densamente positivos. Cuando millones de moléculas se juntan, el oxígeno se encontrará pegado a los hidrógenos y viceversa y a pesar de sus movimientos, mantendrán esa atracción, esto facilita la formación del estado líquido a temperatura ambiente.

Les llamaba la atención a los químicos que siendo una molécula tan pequeña poseyera un punto de ebullición tan alto (100ºC) y se preguntaron ¿por qué? comenzando la investigación. La respuesta resultó ser que además de la atracción entre los dipolos moleculares, en el agua, el átomo de hidrógeno refuerza la unión entre las moléculas formando una especie de puente llamado “puente de hidrógeno” que le confiere   estabilidad al estado líquido y hace que sea necesario darle mayor cantidad de energía para llegar a la ebullición, es decir  pasaje de toda la masa acuosa a estado de vapor.

Las moléculas de aceite…

Son no polares pero mucho más grandes que las de agua, la no polaridad favorece al estado gaseoso, pero el tamaño de las moléculas y la gran cantidad de electrones que poseen a su alrededor, hace que se presenten dipolos transitorios y se generen atracciones entre las moléculas, así que el aceite se presentará en estado líquido con moléculas fluidas de bastante movimiento y con menor atracción entre sí en comparación con las del agua, de modo que  una masa de aceite igual que la del agua ocupará mayor volumen y como la densidad responde a la ley d = masa/volumen  el aceite será menos denso que el agua . Por eso  flota sobre ella.

Las moléculas de aceite son de naturaleza diferentes a las del agua, de modo que no tienden a penetrar la fase acuosa porque no son atraídas por la misma  y tienden a quedarse atraídas entre sí,  en su propia materia,  formando una interfase de separación definida y visible ante la presencia de agua, las propiedades físico químicas de la masa acuosa no permiten la difusión de las moléculas de aceite dentro de ella.

El aceite y el agua  son sustancias que naturalmente se rechazan entre sí. A las moléculas de aceite se las clasifica como hidrofóbicas, que significa que le tienen fobia al agua, de modo que no son capaces de difundir  espontáneamente en ella.

Si forzamos la situación con agentes emulsionantes podemos generar una suspensión de aceite en agua que se estabiliza por un tiempo, como es el caso de las cremas o lociones faciales pero a la larga tienden a separarse.

El hecho de que el aceite y el agua no se mezclen es una propiedad que mantiene estable a la materia viva, nuestro cuerpo  o el cuerpo de cualquier ser vivo, es un conglomerado de agua y grasa (aceites en estado sólido) en donde se producen reacciones químicas de vida, si estas sustancias se solubilizarían entre sí la vida dejaría de ser.

Es otra de las maravillas construidas por la naturaleza para permitir la existencia de los seres vivos.