Por qué el agua y el aceite no se mezclan: la ciencia de las emulsiones en la cocina
Descubre por qué el agua y el aceite no se mezclan, qué es una emulsión y cómo ingredientes como la yema de huevo logran unirlos en recetas como la mayonesa o la leche.
Como el agua y el aceite
Hemos escuchado siempre el dicho de que son como agua y aceite, para señalar que dos cosas no se llevan bien. La frase tiene fundamento científico, ya que estas sustancias no se mezclan de manera natural. Lo curioso es que en la cocina tenemos ejemplos donde sí conviven de forma estable, como la mayonesa, una vinagreta o la leche, que son lo que en química se llama emulsiones. Una emulsión es una mezcla especial en la que dos líquidos que normalmente no se combinan permanecen juntos gracias a la ayuda de un tercer componente.
¿Por qué entonces el agua y el aceite no se mezclan?
Una primera explicación tiene que ver con la densidad. Cuando pones vinagre (o agua) y aceite en un mismo recipiente, al principio parecerá que se juntan, pero si esperas unos minutos verás que se separan en dos capas bien distintas. Esto ocurre porque el aceite es menos denso que el agua o el vinagre y, por lo tanto, flota en la superficie. La densidad, en términos sencillos, es una medida de cuánto pesa algo en relación con su volumen. Sin embargo, la densidad no es la única razón por la que no se mezclan. La explicación más importante está en la química de cada líquido, en su polaridad.
¿Qué significa que una sustancia sea polar o no polar?
En la naturaleza existen sustancias polares, no polares y también anfipáticas (suena como a antipático). Las sustancias polares tienen una parte positiva y otra negativa en la misma molécula, como si fueran un pequeño imán; las no polares son eléctricamente neutras, sus enlaces se compensan y no muestran polos; y las anfipáticas son una mezcla de las dos, con una parte polar y otra no polar, lo que les permite interactuar en ambos ambientes, así que no tan antipática al final.
La molécula de agua, un ejemplo clásico de sustancia polar está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Como el oxígeno atrae con más fuerza a los electrones compartidos que el hidrógeno, se vuelve parcialmente negativo, mientras que los hidrógenos quedan con una ligera carga positiva. Además, los enlaces entre los átomos no están en línea recta, sino que forman un ángulo, lo que impide que sus cargas se cancelen y hace que la molécula tenga zonas positivas y negativas. El vinagre es también una sustancia polar, no sólo porque es una solución acuosa sino porque su componente activo, el ácido acético, es también una molécula polar.
En contraste, el aceite está compuesto por moléculas largas de carbono e hidrógeno, que se reparten los electrones de forma bastante equilibrada, y eso lo convierte en una sustancia no polar. El agua y el aceite tienen diferentes polaridades, o, mejor dicho, de naturaleza polar diferente, una es polar y la otra no lo es. Cuando tratamos de mezclarlos, las moléculas del agua se mantienen unidas mediante enlaces de hidrógeno y el aceite no logra integrarse en esa red. Así, en lugar de combinarse, cada líquido se agrupa con los de su mismo tipo. El resultado son las capas que todos conocemos. En general, semejantes con semejantes se mezclan bien, pero diferentes no se llevan tan bien juntos.
¿Cuál es el papel de los emulsificantes?
Aquí entra en juego un tercer actor: el emulsificador. Un emulsificador, también llamado tensioactivo, es una molécula con una doble personalidad (un anfipático). Una de sus partes es hidrofóbica, lo que significa que rechaza el agua y se siente cómoda con las grasas, mientras que la otra parte es hidrofílica, es decir, se siente atraída por el agua. Esa combinación le permite agarrarse de un lado al aceite y del otro al agua, rompiendo la barrera que normalmente los separa. En la mayonesa ese papel lo cumple la yema de huevo, rica en lecitina, una molécula anfipática.
Cuando batimos yema, vinagre y aceite, lo que sucede es que las gotas grandes de aceite se rompen en partículas diminutas que quedan rodeadas por una capa de moléculas de yema y vinagre. Así se forma una emulsión de aceite en agua, que es estable y cremosa. La luz que atraviesa esta dispersión microscópica se dispersa en todas direcciones, un fenómeno llamado dispersión de Mie, y por eso la mayonesa no es transparente, sino blanca y opaca. Algo similar ocurre con la leche, que también es una emulsión natural de agua y grasa estabilizada por proteínas y fosfolípidos.
Estas emulsiones son estables hasta cierto punto, siempre que cuidemos las condiciones; estos productos no deben congelarse ni dejarse demasiado tiempo sin refrigeración, porque los cambios bruscos de temperatura o el paso del tiempo pueden romper la emulsión. Por eso en la industria (no sólo alimentaria) es usual agregar aditivos para estabilizar la mezcla y que dure por más tiempo.
Mientras tanto, podemos disfrutar de este fenómeno químico de la cocina, que nos recuerda que detrás de cada receta hay ciencia. Así que cada vez que veas la mayonesa o la leche, recuerda que la cocina está llena de maravillas científicas.
Si quieres saber más sobre emulsiones y explorar este tema con fotografías espectaculares, te recomiendo visitar este enlace que encontré: Cómo se hace la mayonesa: la química detrás de ella.
Y si deseas una explicación más técnica desde la perspectiva científica, la American Oil Chemists’ Society (AOCS) ofrece un artículo muy claro sobre cómo funcionan las emulsiones y los emulsificantes: Emulsions: making oil and water mix.
Aquí te dejo la actividad paso a paso para que la pruebes en casa.
Actividad: El Experimento del Agua y el Aceite para Comprender las Emulsiones
Explorar la ciencia detrás de por qué el aceite y el agua no se mezclan y cómo los tensioactivos, como el jabón, cambian esta interacción.
Materiales:
- Un vaso transparente o un frasco pequeño.
- 3/4 taza de agua
- 1/4 taza de aceite vegetal
- Jabón líquido o detergente (unas gotas).
- Colorante alimenticio (opcional, para mayor efecto visual).
Procedimiento:
Paso 1. Llena el vaso con agua.
Vierte el agua en el vaso transparente, dejando espacio para el aceite.
Paso 2. Añade el aceite.
Añade el aceite lentamente y deja que los niños observen cómo flota en la superficie.
Paso 3. Agrega colorante
Si usas colorante, añade unas gotas al agua para que el contraste sea más llamativo. Observa cómo el colorante se mezcla con el agua pero no con el aceite.
Paso 4. Mezcla agua y aceite
Usa un cucharada o batidor para intentar mezclar el aceite y el agua. Deja que los niños vean cómo rápidamente vuelven a separarse.
Paso 5. El poder del jabón
Añade unas gotas de jabón líquido al vaso.
Paso 5. Mezcla de nuevo
¿Qué pasa? Hemos creado una emulsión.
Preguntas para discusión
- ¿Por qué creen que el aceite no se mezcla con el agua?
- ¿Por qué el jabón sí puede mezclar agua y aceite?
- ¿Qué tipo de polaridad tiene el jabón?
- ¿Por qué crees que lavamos los trastes grasosos con jabón?
¿Qué aprendemos con este experimento?
El agua y el aceite, aunque compartan el mismo vaso, no se llevan bien porque son muy distintos. El aceite siempre flota, ya que es menos denso que el agua.
Además, sus moléculas no tienen la misma naturaleza, las del agua son polares, como pequeños imanes con una parte positiva y otra negativa. Mientras que las del aceite son no polares y no muestran polos y por eso no se mezclan. Acuérdate de esta regla sencilla: semejantes con semejantes se mezclan, diferentes se repelen.
El jabón nos muestra la parte más sorprendente, dentro de su molécula hay una “doble personalidad” (anfipático): un lado es hidrofílico, lo que significa que se siente atraído por el agua, y el otro lado es hidrofóbico, lo que significa que no se lleva bien con el agua pero sí con las grasas. Esa combinación lo convierte en un puente entre dos mundos, como una fuerza invisible que logra que agua y aceite puedan unirse temporalmente.
