Lunes, 22 de marzo de 2010
La gota de agua ¡no tiene forma de gota de agua!
¿Qué es la polaridad del aguaLa molécula de agua es muy polar, puesto que hay una gran diferencia de electronegatividad entre el hidrógeno y el oxígeno. Los átomos de oxígeno son mucho más electronegativos (atraen más a los electrones) que los de hidrógeno, lo que dota a los dos enlaces de una fuerte polaridad eléctrica, con un exceso de carga negativa del lado del oxígeno, y de carga positiva del lado de los hidrógenos. Los dos enlaces no están opuestos, sino que forman un ángulo de 104,45° debido a la hibridación sp3 del átomo de oxígeno así que, en conjunto, los tres átomos forman un molécula angular, cargado negativamente en el vértice del ángulo, donde se ubica el oxígeno y, positivamente, en los extremos de la molécula, donde se encuentran los hidrógenos. Este hecho tiene una importante consecuencia, y es que las moléculas de agua se atraen fuertemente, adhiriéndose por donde son opuestas las cargas. En la práctica, un átomo de hidrógeno sirve como puente entre el átomo de oxígeno al que está unido covalentemente y el oxígeno de otra molécula. La estructura anterior se denomina enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno.
El hecho de que las moléculas de agua se adhieran electrostáticamente, a su vez modifica muchas propiedades importantes de la sustancia que llamamos agua, como la viscosidad dinámica, que es muy grande, o los puntos (temperaturas) de fusión y ebullición o los calores de fusión y vaporización, que se asemejan a los de sustancias de mayor masa molecular.
De más está decir que los líquidos por sí mismos no tienen ninguna forma, y que se amoldan a la forma del envase que los contiene, sin embargo, cuando no existe ningún "envase", y prácticamente ninguna fuerza externa que les provea sostén, los líquidos toman una forma esférica. No son muchas las situaciones en la vida cotidiana donde se dan estas cosas y podamos verlas, pero es muy visible en las imágenes de los astronautas en la Estación Espacial Internacional.
Esto sucede porque, microscópicamente, las moléculas de agua están todas atrayéndose entre sí, debido a que son polares. Las moléculas que se encuentran en el medio se atraen hacia todos los lados casi por igual, sin embargo, las que se encuentran en la superficie, son atraídas hacia adentro, lo cual forma la famosa Tensión Superficial, que actúa como una especie de película que envuelve al líquido y lo hace ocupar el menor espacio posible. En un vaso de agua, se aprecian los efectos de la tensión superficial, al colocar motas de polvo, o incluso un alfiler sobre ella (que normalmente se hundiría al ser más denso).
Para evitar salir de la Tierra, podemos apreciar el agua tomando una forma esférica cuando recién sale del grifo, donde se forman pequeñas gotas de forma esférica. A medida que la gota cae, comienza a aumentar su velocidad, y el comienza a ejercer una fuerza sobre ella hacia arriba. En su desesperada caída hacia el centro de nuestro planeta, la gota comienza a achatarse y deformarse irregularmente, donde se enfrentan las fuerzas del peso de la gota misma y la resistencia del aire.
Y en un momento, la fuerza del aire achata demasiado a la gota, y la tensión superficial intenta reacomodarse nuevamente para formar esferas más estables, en un mágico momento donde la gota explota en miles de gotitas de diferentes tamaños, tal como lo muestra el video (1000 cuadros por segundo) de abajo, que fue publicado en Science.
Todas esas gotitas seguirán cayendo a diferentes velocidades, las más grandes probablemente vuelvan a explotar, y las más pequeñas son lo suficientemente uniformes como para resistir la presión del viento, y van a caer en forma de una bola ligeramente achatada.
El único momento en que una gota parece una gota, es durante la fracción de segundo en que la gota de agua se desprende del grifo, cuando entra en una desesperada carrera para adoptar una forma más estable energéticamente. Y en el camino puede formarse una gran gota, y desprenderse parte de la cola para formar gotitas más pequeñas.
Algunas veces la ciencia es por demás simple y bella. Sólo basta tener un poco de curiosidad.
Tomado de:
Proyecto Sandía