Fabrican un cuchillo capaz de cortar una gota de agua

Parece una escena típica de una película fantástica o de ninjas. El protagonista es capaz de partir en dos una gota de lluvia mientras cae gracias sólo a su habilidad con la espada.

Ignorando la gran habilidad que debería tener nuestro protagonista para acertar a una gota de agua en plena caída, la parte complicada sigue siendo el corte. Y es que cortar una gota de agua no es fácil, aunque esté situada en una mesa y tengamos el cuchillo de acero más afilado del mundo. Intentamos cortarla y al levantar el cuchillo la gota sigue ahí. ¿Qué es lo que pasa?

La gota esta formada por moléculas de agua, estas moléculas son polares, teniendo dos polos igual que un iman (debido a que acumulan una ligera carga positiva en un extremo y negativa en el contrario) y son capaces de atraerse entre ellas, formando así una gota esférica. Si depositamos la gota en una superficie también polar como la piel, ésta atrae el agua deformando la gota y extendiéndola a lo largo de la superficie. En cambio si la gota se deposita en una superficie apolar como el cristal las moléculas de la gota prefieren unirse consigo mismas, dejando una gota más redondeada.

El acero es un metal fruto de la aleacción de otros metales (como ya vimos en “La química que usa el ladrón de bicicletas”) y como metal que es, está formado por átomos apilados entre los cuales fluyen libres los electrones, según la teoría de enlace metálico. Esta propiedad lo hace un material polar. Cuando cortamos con el cuchillo, estos electrones en el metal son capaces de atraer a las moléculas de agua de la gota gracias a su carga negativa, quedando unidos el agua y el cuchillo. Al levantar el cuchillo, las moléculas de agua del lado derecho del cuchillo se sienten mas atraídas por las moléculas de agua del lado izquierdo del cuchillo que por el propio cuchillo, así que se unen y vuelven a formar la gota de agua inicial. Gota uno, cuchillo cero.

Para cortar una gota de agua en dos la clave está en el material del cuchillo: si conseguimos un cuchillo de un material sin cargas eléctricas (apolar) al cortar la gota las moléculas de agua de cada lado del cuchillo preferirán unirse a sí mismas antes que a el cuchillo, volviendo a tomar una forma esférica entre ellas y formando dos gotas independientes. Una vez el cuchillo vuelva a subir las gotas estarán lo suficientemente alejadas entre ellas como para que no se vuelvan a unir y habremos conseguido cortar la gota de agua.

Para que un material sea apolar solo necesita no tener ninguna acumulación importante de carga en ninguna región de la moléculas que lo forman. (Un compuesto apolar típico es el aceite, una composición de ácidos grasos, que son moléculas muy largas sin carga, por eso no podemos mezclar agua y aceite.)

Pero existen compuestos especialmente apolares, llamados superhidrofóbicos. Encima de estos materiales una gota de agua forma una esfera perfecta, manteniendo el contacto mínimo posible con el material. Unos científicos de la Universidad de Arizona han diseñado un cuchillo superhidrofóbico fabricado con polietileno recubierto de nitrato de plata y una solución superhidrofoba llamada HDFT. Como se puede ver en la imagen superior, un corte con estos cuchillos forma dos gotas perfectas.

Estos cuchillos superhidrófobos se pueden usar para obtener cortes de agua limpios en fluidos biológicos, acelerando las investigaciones en bioquímica y análisis medico.

Es interesante saber que para obtener un corte limpio es necesario disponer de una gota lo más esférica posible, y para ello hace falta depositarla en una superficie igualmente superhidrófoba.

Continuando con nuestra idea inicial el aire es hidrofóbico y las gotas de lluvia son esféricas, así que en teoria sería posible cortar la lluvia a nuestro paso con un cuchillo superhidrofóbico y una gran habilidad samurai (no incluida con el cuchillo).

Fuente | PLOS ONE, New Scientist