Hoy me centraré en un hecho cotidiano que vemos casi todas las mañanas, pero del que no somos conscientes.
La leche y el café o cualquier otro soluto.
Si acabamos de sacar la leche del frigorífico, veremos como al echar el café éste se hundirá y se formarán posos. Si agitamos durante unos segundos, se disolverá, a pesar de que volverán a formarse posos antes o después.
Ahora bien
, ¿qué sucede cuando calentamos el vaso antes de todo esto? Al echar el café, este parecerá ser absorbido instantáneamente por la leche y, si nos fijamos bien, se acumulará bastante menos café en el fondo. Además, tendremos que estar mucho menos tiempo removiendo, y podremos disolver más cantidad de café.¿Qué está pasando en el interior del vaso? ¿Cómo influye la temperatura?
En primer lugar, veremos tres conceptos, uno del que hemos oído hablar bastante, otro que conoceremos pero no sabremos demasiado qué significa, y un último que quizá no hayamos escuchado nunca.
El primero de ellos es la energía. Definirla no es sencillo, y tampoco nos interesa en este caso, por lo que pasaremos a lo realmente importante: el principio de mínima energía. Esto es, los sistemas son más estables cuanta menos energía posean. Esta es la explicación de por qué una canica acaba en el fondo de un hoyo y, en nuestro, por qué los posos del café se quedan en el fondo del vaso. Estos procesos son debidos a que el potencial gravitatorio (o energía potencial gravitatoria) es menor para él en el fondo o, en otras palabras, es más denso.
El segundo de ellos es la entropía. Como muchos habéis oído, puede definirse para muchos usos como el grado de desorden de un sistema. Al igual que antes, sucede que los sistemas tienden a un máximo de entropía. Esta es la explicación de por qué al lanzar una baraja al aire las cartas no caen ordenadas, sino aleatoriamente. Sin embargo, podríamos encontrar una contradicción al hablar del vaso de leche: el estado de máximo desorden se corresponde con una mezcla completamente homogénea de ambos componentes, y todos hemos visto cómo el café se hunde y se acumula en el fondo, por lo que no estamos viendo un máximo de entropía.
La respuesta a este posible conflicto lo proporcionó el fantástico físico Williard Gibbs, con el potencial termodinámico que lleva su nombre y que se define con la ecuación (normalmente con incrementos de G, H y S):
G=H-TS
Esta variable cumple otra condición, y es que todos los sistemas, siempre y por encima de todo, tienden a un mínimo del potencial de Gibbs. Como vemos, encontramos dos contribuciones, la de la energía (en este caso entalpía, denotada por H), y la de la entropía (S), multiplicada por la temperatura (T).
Con ella encontramos una explicación a nuestro sencillo caso del café. A temperaturas bajas, el término dominante de la expresión es la H, por lo que regirá la tendencia a un mínimo de energía. Es el caso de nuestro vaso al echar el café cuando la leche acaba de salir del frigorífico: el soluto se irá hacia al fondo al ser más denso.
Sin embargo, al aumentar la temperatura en el microondas, el segundo término (de la entropía) es el que tendrá mayor importancia en el potencial de Gibbs, por lo que el sistema tenderá a desorganizarse y, en nuestro caso, el café se disolverá mucho mejor, al intentar por todos los medios mezclarse con la leche.
Espero que no haya quedado demasiado confuso. Un saludo a todos, ¡y hasta la próxima!
