COMO AGUA Y ACEITE, por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico de número

Un experimento sencillo consiste en disponer de agua, aceite y detergente diluido en agua. Si en un vaso pequeño o en cualquier otro recipiente, preferentemente de vidrio para poder observar lo que ocurre, mezclamos un poco de aceite y agua, con un mililitro de cada uno de ellos es suficiente, agitamos y removemos pretendiendo mezclarlos, tras lo cual lo dejamos en reposo. Una vez anotadas las observaciones agregamos una cantidad parecida del disolvente líquido (sólido disuelto en agua) y agitamos de nuevo pretendiendo mezclar los líquidos. Tras ello lo dejamos también en reposo, anotando las observaciones hasta que no acontezcan cambios.

Si todo ha ido bien, es decir sin accidentes que reseñar, debemos finalmente obtener una mezcla de agua, aceite y detergente que presentará una turbidez, pero que no se separa en capas, como ocurriera en la primera parte del experimento, cuando mezclamos agua y aceite. El agua y el aceite no se mezclan. El agua es un compuesto polar, que tiene cargas en distintas partes de sus moléculas, mientras que el aceite es apolar, no presenta esas cargas. Eso quiere decir que cuando pretendemos mezclar agua y aceite para formar un nuevo compuesto que los englobara, quien determina si es posible o no es el cambio neto de entropía.

La razón por la que las moléculas de aceite se mantienen unidas en la botella de este preciado producto (oro vegetal) son unas fuerzas que se ejercen entre las moléculas de moléculas apolares, ya que no tienen carga. Se denominan fuerzas de dispersión. Son fuerzas atractivas que operan entre átomos y moléculas y en el caso del aceite, entre los hidrocarburos que lo forman. Por contra cuando las moléculas son polares (tienen carga) las fuerzas que operan son de naturaleza dipolar. Naturalmente, cuando pretendemos mezclar agua (polar) y aceite (no polar o apolar) tenemos operativas dos tipos de fuerzas, con lo que tendríamos que romper enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua y romper las fuerzas de dispersión que opera en el aceite. Para ello tenemos que aportar energía. También es cierto que si el proceso fuera espontáneo, la energía que se liberaría en la formación del nuevo compuesto sería la aportación de la necesaria para romper, primeramente, los enlaces. La magnitud que mide esta energía es la entalpía. Si obtenemos la variación de entalpía del proceso de disolución de los hidrocarburos en agua (entalpía de disolución) es casi cero en la mayor parte de los casos. Esto quiere decir que también será casi cero la variación de entropía, ya que está definida como la variación de entalpía dividida por la temperatura.  Desde el punto de vista dinámico, podemos describir el proceso pensando que al acercarse las moléculas apolares (hidrocarburos) a las polares (agua) o viceversa, van perdiendo libertad de movimiento, más important4e para las más pequeñas que son las de agua, que se agrupan. Este agrupamiento de las moléculas de agua en torno a las moléculas de soluto, lo que implica es una pérdida de libertad de las moléculas de agua, lo que conlleva una restricción que supone un mayor ordenamiento y, por ende, una disminución de entropía, asociada a la pérdida de libertad. Esta pérdida de entropía para las moléculas de agua implica una variación total de entropía para la mezcla de aceite y agua negativa, y tiene como consecuencia que no ocurra la mezcla entre agua y aceite.

Los hidrocarburos no se disuelven, pues, en agua. La estructura que forman las moléculas de agua en torno a una molécula polar, es muy parecida a la que presentan los cristales de hielo, en el caso de moléculas apolares de bajo peso molecular. Se denominan clatratos y consisten en una distribución de moléculas de soluto en el cristal del disolvente, como si se tratara de cajas de moléculas de agua, rodeando las de hidrocarburos. Un ejemplo muy conocido es el clatrato que forma el metano con el agua en los fondos marinos, que es un potencial reservorio de energía y combustible para los humanos.

¿Hay alguna forma de mezclar las moléculas polares con las apolares? Los detergentes son esas moléculas especiales que propician que se entiendan dos clases de moléculas condenadas a entenderse, por mucho que se resistan. El sulfato de dodecilo es una molécula detergente. Uno de los extremos es muy polar (grupo sulfato)  y el resto de la molécula es una cadena apolar tipo hidrocarburo. Gracias a estos dos tipos de moléculas que coexisten en la de detergente, puede interaccionar con el agua de dos formas diferentes: a) el extremo polar y el agua se atraen entre si, es decir el detergente es soluble en agua y b) la cadena hidrocarbonada (apolar) se comporta como un hidrocarburo, como un aceite, no se mezclan con el agua, se repelen. Los detergentes en esa doble condición polar y apolar, se denominan anfifílicos. La cuestión es que este tipo de interacción, simultánea polar y apolar, puede plasmarse en la formación de lo que se ha dado en denominar micelas. Muy gráficamente, la parte polar es grande y se denomina cabeza y la cola apolar tiene un diámetro más pequeño. Es como se si tratase de un gusano cabezudo, aunque solo aparentemente, pues no tiene vida. Cuando las moléculas de detergente se alinean con las colas juntas, las moléculas de agua del medio están libres para evitar las interacciones de las zonas apolares. Esta liberación de las moléculas de agua hace que aumente la entropía de la disolución, favoreciendo el empaquetamiento de las moléculas de detergente, que acaba formando una esfera en tres dimensiones, que es la forma final de la micela. Aumenta la entropía neta de la disolución a partir de la liberación de las moléculas de agua. Una micela agrupa entre 50 y 100 moléculas en  una esfera de 3-5 milímetros de diámetro.

La cuestión es que las nuevas partículas creadas a partir del agua, el aceite y el detergente, tienen un tamaño suficiente para difundir la luz que atraviesa la mezcla, de forma que el carácter difuso al operar en todas las direcciones. Mientras que las moléculas individuales de una disolución son demasiado pequeñas para afectar la trayectoria de la radiación cuando pasa a su través, pero a través de la agrupación, el tamaño que adquieren interfiere la radiación y provoca la difusión de luz en todas las direcciones. De aquí la turbidez observada.

Los detergentes aparecieron en el mercado tras la Segunda Guerra Mundial. Hasta entonces la limpieza se lograba con el jabón. Hoy incorporan tensioactivos o surfactantes reforzados con fosfatos, carbonatos y perboratos, enzimas, sustancias espumantes, conservantes, aromatizantes y colorantes, entre otros. Algunos ingredientes se han limitado legalmente, como los tensioactivos derivados del benceno o los fosfatos, pero no podríamos calificarlos de inocuos. Detergentes, fertilizantes agrícolas y aguas residuales provocan la eutrofización que se visibiliza en las mareas rojas o verdes. Se requieren procedimientos costosos para eliminarlos en las depuradoras. En algunas variedades, como los detergentes de aplicación textil, se han eliminado los fosfatos, sustituidos por otros, aunque no exentos de compuestos de fósforo. Los lavavajillas son otro mundo afectado por la falta de eficacia de las alternativas. Los tensioactivos o surfactantes eran dañinos al ser no biodegradables derivados del benceno, que se sustituyeron, ampliamente por los alquilsulfonatos lineales, menos tóxicos y con mayor facilidad de descomposición, aunque no libres totalmente de inconvenientes. Los alquilsulfonatos son parecidos en consecuencias al bisfenol a a los fosfatos, con incidencia endocrina

La limpieza es un concepto introducido por la especie humana, aunque la Naturaleza también tiene sus sofisticados mecanismos de limpieza de paredes, muros y fachadas. Ciertamente una inspección ocular por la Naturaleza nos informa que hasta que interviene el hombre, la Naturaleza se encarga de mantener los paisajes limpios.  El efecto Loto, por su simbología de pureza en las religiones orientales. Es una especie de ducha por gravedad, que provoca una agitación que deja limpio como si se tratara de una ducha, sin esfuerzo y sin el empleo de detergente. La hoja de Loto repele el agua de su superficie. Las microestructuras y nanoestructuras enceradas presentan un ángulo de contacto con el agua que hace que adopten forma esférica y arrastran la suciedad sin mojar la hoja. En la hoja de Loto el agua resbala de forma eficaz, pese a que la estructura de la hoja es rugosa e irregular, vista al microscopio. La superficie hidrofóbica de las hojas de loto es una máquina de autolimpieza, trasladable a edificios, como superficies expuestas a la intemperie. Ahí tenemos el prototipo de limpieza en ausencia de detergente que la Naturaleza nos inspira.

La biodegrabilidad es discutible. Los métodos para determinarla y cuantificar el impacto en el Medio Ambiente también. El volumen de dilución crítica que cuantifica el agua necesaria para diluir la sustancia química podría ser de aplicación al detergente. Podrían acumularse los efectos y causar trastornos en ecosistemas. Quizás es más razonable cuantificar el efecto biológico de los residuos.

El bicarbonato limpia frutas y verduras, desde el melocotón, hasta el apio. Sumergiendo frutas y verduras entre 5 y 10 minutos en una disolución en la que hemos agregado algunas cucharadas de bicarbonato, Es abrasivo y funciona para eliminar suciedad en electrodomésticos de cromo o acero inoxidable. Los aceites esenciales actúan eficazmente como insecticidas, fungicidas y y bactericida. Aceite esencial de eucalipto en el lavado de la ropa de cama, contribuye a la eliminación de los ácaros. La sal es un absorbente de la grasa. Espolvoreada evita que los restos de alimentos se endurezcan. La limpieza del menaje aconseja emplear sal para absorber la grasa y luego enjuagar. Junto con bicarbonato y vinagre actúa de desatascador.

Todo ello propele la búsqueda de detergentes basados en sustancias vegetales, comprobando el efecto sobre sistemas biológicos. Como en otras áreas, los productos ecológicos son sospechosos de falta de eficacia frente a los convencionales. Entre otras cosas el factor cultural y la costumbre adquirida para el tratamiento de la suciedad, condiciona la exigencia en cuanto a la eficacia de los detergentes. Se puede pensar que la limpieza no es un problema que “sienta” la Naturaleza. Es probable que no del mismo modo ni con la misma intensidad. Pero no es menos cierto que algunas características de algunos productos naturales permiten su uso como elementos de limpieza. El vinagre es uno de ellos. Contiene en torno a un 5% de ácido acético, útil para combatir la grasa y el mundo bacteriano. Agente decalcificador de primera especie y producto de limpieza eficaz de suelos. El limón es desinfectante, gracias al ácido cítrico. Apropiado para desinfectar los útiles de cocina o juguetes de bebé, agente blanqueador de ropa, sustituyendo a la lejía en disoluciones ¼ en agua. Aplicado con una esponja en rincones problemáticos logra limpieza y aclarado de zonas sucias.

Qué duda cabe que el concepto de limpieza es cultural. La Naturaleza no se preocupa demasiado por ello. Pero aparente limpieza, tanto global, como individualmente considerada. Cierto es que tiene mecanismos como el de la hoja de Loto, que contribuyen a ello. Pero no es menos cierto que la Naturaleza no precisa ser limpia, dado que se acomoda, mediante la evolución a los sistemas y procesos que son eficaces, que son los que perduran.

Los detergentes son un excelente ejemplo de la capacidad humana de ser eficaz. Conocida la molécula, es susceptible la creación de otras moléculas que no tienen por qué estar en la Naturaleza, y cuyas propiedades tienen el origen en la propia creación de la molécula. El que estén presentes o no formando parte de algún lugar de la Naturaleza, no impide que de forma concentrada pueda ser perniciosa en otra parte de aquella. En el caso de los detergentes la humanidad ha preferido la eficacia, aun a costa de severos daños medioambientales. Hoy hay que retractarse. Devolver la mirada al agua y el aceite, en el bien entendido de que mejor es no manchar a tener que limpiar. En todo caso todo depende de qué entendemos por limpio y qué entendemos por sucio. Las necesidades higiénicas podemos satisfacerlas con limón y bicarbonato. Otros productos de síntesis serán o podrán ser más eficaces, pero a costa de pérdidas sensibles de parte de nuestro ecosistema y sus procesos y sistemas contra los que atentamos.

Un mecanismo universal para tratar el agua y el aceite, que no se pueden ver y nunca llegarán a tener amistad, siquiera, pero que pueden encontrarse si se les ayuda. Como en todas las facetas de la vida, los intermediarios, de no ser unos aprovechados, son útiles para tender puentes, facilitar la armonía y unir incompatibles. Pero no se puede aceptar una intermediación a toda costa. Ahí es donde el humano debió estar más espabilado en su día. Ahora toca correr, y perder eficacia, en aras a una ética que nunca debiéramos haber perdido. ¡Hay que recuperarla!