¿Por qué no se empaña el parabrisas donde mi hijo dibujó con los dedos?

Question

Hace unas semanas el interior de mi parabrisas estaba empañado y mi hija mayor usó su dedo para dibujar una cara en la condensación.

Semanas después, el parabrisas se empañó de nuevo, y la cara se volvió a hacer visible. Mi hija menor preguntó por qué.

“Los dedos de tu hermana dejaron un residuo aceitoso en el parabrisas”, le dije, lo cual pareció satisfacerla.

Pero a mí no me satisface. ¿El residuo aceitoso evita que se condense más? Si es así, ¿por qué? Las gotas de aceite están tan frías como el cristal del parabrisas.

Y si el vapor de agua en el aire no puede condensarse donde hay aceite, debido a alguna propiedad electrostática de las moléculas de aceite, ¿por qué no se condensa en el espacio entre las gotas de aceite microscópicas? Si lo hiciera, esperaría que esa parte del cristal esté más empañada porque habría una película de aceite no uniforme y gotas de agua de diferentes tamaños.

¿Qué está pasando aquí?

Answer 1

Una superficie aceitosa es poco mojada por las moléculas de agua, mientras que una superficie de vidrio es bien mojada por las moléculas de agua. Esto se debe a que el vidrio está compuesto por óxidos de silicio, calcio, sodio y aluminio. Esto proporciona una superficie con muchos oxígenos sobresaliendo hacia el mundo exterior. Esos oxígenos se ven un poco como moléculas de agua para otras moléculas de agua en las cercanías, las cuales intentarán poblar preferentemente esa superficie.

Una superficie cubierta de aceite presenta casi exclusivamente hidrógenos al mundo, los cuales no tienen esa tendencia de unión (débil), por lo que las moléculas de agua prácticamente "ignoran" dicha superficie.

De hecho, una superficie de vidrio se carga espontáneamente con humedad extraída del aire. Si esto sucede mientras se prensa vidrio de seguridad juntos, la monocapa de agua evitará que el núcleo plástico interno se adhiera a los paneles de vidrio exteriores y la lámina se deslaminará.

Por lo tanto, las superficies de vidrio generalmente están cargadas con moléculas de agua y, por lo tanto, "parecen" más agua para otra molécula de agua, lo que significa que el agua esparcida sobre el vidrio formará una película en el vidrio que se adhiere a él.

Ahora, si pones algo aceitoso encima de eso, la superficie ya no parece agua, lo que significa que las moléculas de agua no se condensarán fácilmente sobre ella. Esto se debe a que no tienen afinidad por el aceite, como la tienen por el vidrio cargado de agua.

Esto significa que una mancha aceitosa en vidrio inhibirá persistentemente la condensación de vapor de agua en agua líquida sobre ella hasta que la limpies. Las huellas de los pies de mi hijo en el interior del parabrisas de nuestra minivan se mantendrían libres de condensación de esta manera por 6 meses o más.

Answer 2

El efecto hidrofóbico es el nombre técnico de la razón por la cual el aceite y el agua no se mezclan. Probablemente también sea la razón por la cual las gotas de agua no se condensan en superficies aceitosas. La explicación más común es que el efecto se debe a la entropía de las moléculas de agua. Para explicarlo de manera más simple, considera una molécula de agua que está ya sea (1) junto a una superficie aceitosa o (2) rodeada de otras moléculas de agua:

1. Una molécula de agua junto a una superficie aceitosa se orientará en relación a esa superficie. Esto se debe a que el agua es una molécula polar (es decir, tiene un extremo con una carga más positiva y otro con una carga más negativa) y por lo tanto un extremo tendrá más afinidad por el aceite que el otro.

2. Una molécula de agua rodeada de otras moléculas de agua no favorecerá ninguna orientación en particular.

Esto significa que una molécula de agua tiene más "libertad de movimiento", es decir, más entropía, en solución que en una interfaz agua-aceite. Como resultado, el estado de menor energía será aquel que minimice la superficie de cualquier interfaz aceite-agua*. En este caso, eso significa que el agua se condense en el vidrio en lugar de en las huellas dactilares.

También preguntaste por qué las gotas de agua no se condensan entre las gotas de aceite. No creo que haya gotas de aceite. Los aceites son conocidos por formar membranas, por lo que toda la superficie tocada por un dedo probablemente esté recubierta de aceite. La razón por la cual los aceites forman membranas resulta ser también el efecto hidrofóbico, combinado con el hecho de que un "aceite" es, más precisamente, una molécula donde un extremo puede mezclarse con agua y el otro no.

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*Estoy pasando por alto un poco el motivo por el cual más entropía significa menor energía. De manera general, puedes pensar que cada configuración molecular permitida es igualmente probable, por lo que los estados macroscópicos con más configuraciones moleculares subyacentes terminan siendo más probables en general. Pero esto se está saliendo de lo que me siento calificado para hablar.