Ya sea que estén presentes en un capuchino, una crema de afeitar o un extintor, las espumas forman parte de nuestra vida cotidiana. Desafortunadamente, al estar constituidas por líquido y gas, son intrínsecamente inestables. En la Tierra, evolucionan rápidamente debido al drenaje del líquido. Las espumas más estables sobreviven a esta primera evolución, pero incluso una vez que el drenaje principal ha terminado, sus burbujas continúan creciendo, ya sea fusionándose entre sí o mediante un mecanismo llamado maduración: las burbujas pequeñas se encogen y desaparecen mientras que las más grandes crecen, ya que el gas se difunde de unas a otras a través de la fase líquida.
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Estas fases posteriores de evolución dependen de características fisicoquímicas bastante finas de la mezcla que constituye el líquido espumante, lo que explica que hoy en día, la predicción general del tiempo de estabilidad de una espuma determinada en función de su composición siga siendo una cuestión abierta.
Sin embargo, comprender y ralentizar estos fenómenos es esencial para mejorar el rendimiento de las espumas industriales. Un obstáculo para este progreso proviene del hecho de que en la Tierra, el drenaje debido a la gravedad perturba las mediciones al crear una distribución de líquido no homogénea.
Para observar la maduración sin interferencias, un consorcio de investigadores e investigadoras realizó observaciones de la evolución de espumas generadas a bordo de la Estación Espacial Internacional, un entorno con gravedad efectiva nula. Así pudieron comparar la estabilidad de espumas muy líquidas (llamadas "espumas húmedas") preparadas con nueve agentes estabilizantes diferentes: tensioactivos clásicos, un polímero y una proteína alimentaria. Para ello, midieron de forma extremadamente precisa la velocidad de crecimiento de las burbujas y demostraron que esta última varía en un factor de 10 según la naturaleza química del estabilizante utilizado.
Hasta ahora, los especialistas en el campo pensaban que esta velocidad dependía principalmente de la permeabilidad del líquido intersticial (es decir, de la capacidad de las películas líquidas para dejar pasar el gas), pero los investigadores e investigadoras descubrieron que otros dos factores clave entran en juego. Por un lado, la adhesión entre las burbujas, que influye en su estructura local, resulta importante cuando la fracción líquida no es demasiado elevada. Por otro lado, la difusión del gas fuera de las películas, a través de los puentes capilares o "bordes de Plateau" (que siempre se encuentran en la intersección de tres películas y constituyen la mayor parte del "esqueleto" líquido de la espuma), resulta determinante en los casos donde la permeabilidad de las interfaces muy finas es particularmente baja.
Evolución del tamaño de las burbujas en una espuma húmeda observada a bordo de la Estación Espacial Internacional. Las burbujas crecen con el tiempo, según una ley que depende del tensioactivo utilizado.
Estos efectos pueden conducir tanto a la aceleración como a la ralentización de la maduración de la espuma, lo que ilustra la complejidad del fenómeno general, una complejidad que este trabajo permite finalmente racionalizar al tener en cuenta simultáneamente las propiedades interfaciales y las características estructurales de las espumas estudiadas.
En conclusión, este trabajo permite comprender mejor el papel de la química de los tensioactivos en la maduración de las espumas húmedas. Abre perspectivas para diseñar espumas en diversos campos, desde la cosmética hasta la descontaminación, pasando por los materiales innovadores. Estos resultados se publican en la revista Journal of Colloid and Interface Science.