burbuja de jabón

Las estructuras que forman las películas de jabón no solo pueden ser esféricas, sino que pueden adoptar prácticamente cualquier forma, por ejemplo, estructuras de alambre. Por lo tanto, se pueden diseñar muchas superficies mínimas diferentes. De hecho, a veces es más fácil crearlas físicamente que calcularlas mediante modelado matemático . Por ello, las películas de jabón pueden considerarse computadoras analógicas que, dependiendo de la complejidad del sistema, pueden superar el rendimiento de las computadoras convencionales. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

Cuando dos burbujas se fusionan, adoptan una forma que minimiza la suma de sus superficies, en consonancia con el volumen de aire que encierra cada burbuja. Si las burbujas son del mismo tamaño, su pared común es plana. Si no lo son, su pared común se abomba hacia la burbuja más grande, ya que la más pequeña tiene una presión interna mayor que la más grande, tal como predice la ecuación de Young-Laplace .

En un punto donde se encuentran tres o más burbujas, estas se reorganizan de manera que solo tres paredes de burbuja se encuentran a lo largo de una línea. Dado que la tensión superficial es la misma en cada una de las tres superficies, los tres ángulos entre ellas deben ser iguales a 120°. Solo cuatro paredes de burbuja pueden encontrarse en un punto, y las líneas donde se encuentran tríos de paredes de burbuja están separadas por cos ⁻¹ (−1/3) ≈ 109,47°. Todas estas reglas, conocidas como leyes de Plateau , determinan cómo se forma una espuma a partir de burbujas.

La duración de una burbuja de jabón está limitada por la facilidad con la que se rompe la finísima capa de agua que constituye su superficie, es decir, una película de jabón de un micrómetro de espesor . Por lo tanto, es sensible a : 

• Drenaje dentro de la película de jabón: el agua cae por gravedad. Este proceso puede ralentizarse aumentando la viscosidad del agua, por ejemplo, añadiendo glicerol. Sin embargo, existe un límite de altura máximo, que es la longitud capilar , muy elevada para las burbujas de jabón: alrededor de 4 metros (13 pies). En principio, no hay límite en la longitud que puede alcanzar.
• Evaporación : Este proceso puede ralentizarse soplando burbujas en un ambiente húmedo o añadiendo azúcar al agua.
• Suciedad y grasa: Cuando la burbuja toca un objeto, suele romper la película de jabón. Esto se puede evitar humedeciendo estas superficies con agua (preferiblemente con jabón).

Tras realizar experimentos, los investigadores descubrieron que una solución que contenía:

• 85,9  % agua
• 10  % glicerol
• 4  % de detergente líquido para lavavajillas
• 0,1  % de goma guar

dio los resultados más duraderos ya que minimizó el efecto Marangoni . ^{[ 6 ]}

Cuando una burbuja de jabón entra en contacto con una superficie sólida o líquida, se observa humectación . En una superficie sólida, el ángulo de contacto de la burbuja depende de la energía superficial del sólido. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Una burbuja de jabón tiene un ángulo de contacto mayor en una superficie sólida ultrahidrofóbica que en una superficie hidrofílica (véase Humectación) . En una superficie líquida, el ángulo de contacto de la burbuja de jabón depende de su tamaño: las burbujas más pequeñas tienen ángulos de contacto menores. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

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  Una burbuja de jabón humedeciendo una superficie ultrahidrofóbica.
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  Una burbuja de jabón humedeciendo una superficie líquida.

La capa líquida que envuelve una burbuja de jabón es más pesada que el aire. Sin embargo, el gas en su interior suele contener más vapor de agua que el aire circundante. El vapor de agua es menos denso que el aire seco , lo que puede conferirle a la burbuja una flotabilidad positiva. Esta flotabilidad puede incrementarse utilizando líquido caliente, ya que esto aumenta la temperatura del gas dentro de la burbuja y, por lo tanto, disminuye su densidad.

Las burbujas de jabón se han utilizado como entretenimiento durante al menos 400 años, como lo demuestran las pinturas flamencas del siglo XVII que muestran a niños soplando burbujas con pipas de arcilla. La empresa londinense A. & F. Pears creó una famosa campaña publicitaria para sus jabones en 1886 utilizando una pintura de John Everett Millais de un niño jugando con burbujas. La empresa de Chicago Chemtoy comenzó a vender solución para burbujas en la década de 1940, y esta solución ha sido popular entre los niños desde entonces. Según una estimación de la industria, los minoristas venden alrededor de 200 millones de botellas al año. El detergente líquido para platos con agua y otros ingredientes como glicerina y azúcar se utiliza como una alternativa popular a la solución para burbujas ya preparada. ^{[ 11 ]}

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  Soplar burbujas con una varita pequeña
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  Una mujer creando burbujas con una varita larga para hacer burbujas de jabón.
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  Adriaen Hanneman , Dos niños haciendo burbujas ( c. 1630 )
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  Jean-Baptiste-Siméon Chardin , Pompas de jabón ( c. 1734 )

Una burbuja está formada por agua transparente que encierra aire transparente. Sin embargo, la película de jabón es tan fina como la longitud de onda de la luz visible , lo que produce interferencia óptica . Esto crea iridiscencia que, junto con la forma esférica y la fragilidad de la burbuja, contribuye a su efecto mágico tanto en niños como en adultos. Cada color es el resultado de diferentes grosores de la película de jabón de la burbuja. Tom Noddy (quien apareció en el segundo episodio de El Código de Marcus du Sautoy ) utilizó la analogía de observar un mapa de contorno de la superficie de las burbujas. Sin embargo, producir burbujas de colores artificiales se ha convertido en un desafío.

Byron, Melody y Enoch Swetland inventaron una burbuja no tóxica patentada (Tekno Bubbles) ^{[ 12 ]} que brilla bajo luz ultravioleta. Estas burbujas parecen burbujas "transparentes" comunes y de alta calidad bajo luz normal, pero brillan al exponerse a luz ultravioleta real. Cuanto más intensa es la luz ultravioleta, más brillan. La familia las vendió en todo el mundo, pero posteriormente vendió su empresa.

Agregar tinte de color a las mezclas de burbujas no produce burbujas de color, porque el tinte se adhiere a las moléculas de agua en lugar de al surfactante. Por lo tanto, se forma una burbuja incolora con el tinte depositándose en un punto en la base. El químico de tintes Dr. Ram Sabnis ha desarrollado un tinte de lactona que se adhiere a los surfactantes, lo que permite la formación de burbujas de colores brillantes. La lactona violeta cristal es un ejemplo. Otro hombre llamado Tim Kehoe inventó una burbuja de color que pierde su color al exponerse a la presión o al oxígeno, que ahora comercializa en línea como Zubbles , las cuales no son tóxicas ni manchan. En 2010, la astronauta japonesa Naoko Yamazaki demostró que es posible crear burbujas de color en microgravedad . La razón es que las moléculas de agua se distribuyen uniformemente alrededor de la burbuja en el entorno de baja gravedad.

Si se soplan burbujas de jabón en aire a una temperatura inferior a -15 °C (5 °F ) , se congelarán al tocar una superficie . El aire del interior se difundirá gradualmente , provocando que la burbuja se desintegre por su propio peso. A temperaturas inferiores a -25 °C (-13 °F) , las burbujas se congelarán en el aire y pueden romperse al tocar el suelo. Cuando se sopla una burbuja con aire caliente, esta se congelará inicialmente formando una esfera casi perfecta, pero al enfriarse el aire caliente y reducirse su volumen, se producirá un colapso parcial. Una burbuja creada con éxito a esta baja temperatura siempre será bastante pequeña; se congelará rápidamente y se romperá si se aumenta su tamaño. ^{[ 13 ]} La congelación de pequeñas burbujas de jabón ocurre en 2 segundos después de asentarse sobre la nieve (a una temperatura del aire de alrededor de -10...-14 °C). ^{[ 14 ]}