Sospecho que te refieres a las pompas de jabón que se inflan con el humo del cigarrillo.
Hay una gran cantidad de física-química interesante con pompas de jabón , ya que emplea una molécula de “jabón” que odia el agua (en un extremo) y la ama por el otro. el resultado es el extremo hidrófobo que se engancha a cualquiera de las partículas, o a sí mismo, o al aire, como en la capa de burbuja. De hecho, varias capas, y la luz reflejada (refractada puede ser más precisa) muestra colores que son indicativos del “grosor” real de las capas moleculares, siendo el color amarillo la “gota final” para la refracción en la región visible. Puedes ver la aparición de la pajilla (junto con lo invisible, que llamamos ‘se vuelve negro’ como aparecería con un fondo negro) en este video.
Hacer burbujas súper requiere:
4 partes de glicerina por volumen; 2 partes de Joy líquido; 1 parte de jarabe de karo blanco. (Sin embargo, obtener glicerina se ha vuelto … difícil en los tiempos modernos).
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Y una única molécula de jabón típica se parece a esto:
La burbuja de jabón es, entonces, una capa de agua con superficies internas y externas forradas con una porción soluble en agua de la molécula de jabón firmemente unida, y el (los) extremo (s) hidrófobos lejos de la capa de agua. Las moléculas de agua en el filim se atraen entre sí debido a su polaridad. Las moléculas de agua en el volumen (es decir, las moléculas que no están cerca de la superficie del agua) serán atraídas en promedio por igual desde todos los lados y, por lo tanto, la fuerza media neta sobre ellas será cero. Pero cuando una película de agua pura es lo suficientemente delgada, las moléculas en la superficie comenzarán a “sentir” la fuerza de atracción mutua. Las moléculas de agua en la superficie son atraídas por moléculas de agua en masa, mientras que ninguna molécula las atrae en la otra dirección (en realidad, habrá una atracción muy débil de las moléculas en el aire, pero esto es despreciable). Por lo tanto, una fuerza de atracción neta entre dos superficies de agua aparecerá una vez que la distancia entre ellas sea lo suficientemente pequeña. En esta etapa, tanto la atracción de la gravedad más la superficie es adelgazar la película de agua y la adelgazamiento se acelera hasta que la película se derrumba.
Por cierto, la atracción entre las moléculas de agua también resulta en la tensión superficial de los fenómenos. La tensión superficial es la fuerza que mantiene unida la película de jabón y minimiza el área de la superficie. Esto significa que las fuerzas atractivas entre la molécula de agua dan como resultado dos fenómenos diferentes: a) tensión superficial que actúa a lo largo de la superficie de la película y que no depende del grosor de la película. b) La atracción entre las dos superficies descritas anteriormente, que solo aparece para películas muy delgadas y que actúa a través de la película.
Las moléculas de jabón son muy especiales al tener una cola no polar que no se mezcla bien con el agua. Para minimizar la mezcla con agua, el jabón se ubica principalmente en las superficies del líquido (esto es cierto como una primera aproximación, pero la estructura de una película de jabón puede ser mucho más complicada). Sin embargo, una parte de la molécula de jabón es atraída por el agua. Esta es una parte cargada negativamente de la molécula, que hace posible la mezcla de agua y jabón (a diferencia del agua y el aceite).
Una película líquida hecha de agua más jabón también se adelgaza por gravedad en la región superior, pero las superficies en regiones delgadas se repelen entre sí debido a las cargas negativas de las moléculas de jabón (ilustradas a continuación). Por lo tanto, una película de jabón se adelgaza hasta el espesor donde las superficies comienzan a “sentir” la fuerza repulsiva entre ellas. Si la fuerza de repulsión es lo suficientemente fuerte como para vencer tanto las fuerzas atractivas de las moléculas de agua superficiales como la fuerza de la gravedad, la película de jabón será estable.
Una estructura simplificada de una película de jabón vertical. Una capa de carga eléctricamente negativa está asociada con ambas superficies. Las superficies con carga negativa se repelen entre sí y, por lo tanto, resisten el colapso total de la película.
Haciendo caso omiso de la gravedad, las fuerzas que actúan a través de una película de jabón se describen matemáticamente mediante la llamada teoría de DLVO (llamada así por Derjaguin y Landau, Verwey y Overbeek). La siguiente figura muestra gráficos según la teoría DLVO de los llamados potenciales para una película delgada líquida.
La línea negra representa el potencial que describe las fuerzas atractivas y repulsivas que actúan sobre la película de jabón. Puedes ver un gráfico de potenciales como si las fuerzas atractivas estuvieran tirando de la línea hacia abajo y las fuerzas repulsivas tiraran de la línea hacia arriba. Esto significa que uno tiene que aplicar una fuerza para moverse hacia arriba en la trama, mientras que los movimientos hacia abajo pueden ocurrir espontáneamente.
Imagine una película de jabón que al principio es gruesa, quizás una micra o algo así, pero con el tiempo se adelgaza por gravedad. La gráfica muestra lo que sucederá cuando la película de jabón se adelgace realmente: cuando el grosor alcanza ca. 50 nm el potencial se vuelve positivo. Esto significa que las fuerzas repulsivas comienzan a dominar. Si las fuerzas de repulsión son más fuertes que la fuerza de la gravedad, el adelgazamiento de la película de jabón se detendrá. La película de jabón es en este punto una llamada película negra común. Es demasiado delgado para mostrar colores de interferencia y, por lo tanto, aparece negro sobre un fondo negro. Sin embargo, la película de jabón no es completamente estable y puede ocurrir un adelgazamiento adicional, por ejemplo, por evaporación del agua. Cuando la película de jabón se adelgaza, el potencial alcanza un máximo (en el gráfico esto tiene un grosor de aproximadamente 10 nm). Después de esto, cae rápidamente, alcanza un mínimo (a aproximadamente 5 nm) y aumenta muy rápidamente (a aproximadamente 4 nm). Esto significa que la fuerza de atracción domina algunos espesores por debajo de la película negra común hasta alcanzar un nuevo espesor estable. Esta es la llamada película negra de Newton. Tenga en cuenta que los números mencionados son realistas para una película de jabón, pero se informan variaciones para los espesores de una película negra común (5-200 nm) y una película negra de Newton (3-5 nm).
Mientras que la línea negra representa la suma de las fuerzas positivas y negativas, la línea verde representa el potencial de las fuerzas atractivas entre las moléculas de agua. La línea roja representa el potencial de las fuerzas repulsivas de las moléculas de jabón con carga negativa, la llamada repulsión de doble capa. La línea azul representa algunas fuerzas adicionales que aparecen cuando el grosor de la película de jabón es del orden de magnitud del tamaño de las moléculas. En ese punto, se vuelve difícil adelgazar más la película de jabón y las fuerzas dominantes en la película de jabón son repulsivas.
Cabe mencionar dos cosas: en primer lugar, aunque el potencial aumenta hacia el infinito en el gráfico, esto no significa que una película negra de Newton sea completamente estable. Solo significa que las fuerzas adicionales la romperán en lugar de reducirla aún más. En segundo lugar, el líquido de pompas de jabón que utilizamos normalmente para hacer pompas de jabón contiene una cantidad relativamente grande de molécula de jabón junto a la glicerina y otras moléculas adicionales, como partículas de humo que posiblemente ocupan los extremos hidrófobos de la capa interna. La estructura de las películas de jabón a partir de tales mezclas será más complicada, por ejemplo, con micelas de jabón y bicapas adicionales. Es probable que estas características estructurales adicionales influyan en los potenciales dependientes del grosor, de modo que haya más colinas y valles en el gráfico, lo que significa que hay más grosores metaestables de la película de jabón.