Emulsión química
Una emulsión es la dispersión de un líquido en forma de gotas dentro de otro inmiscible, estabilizada por un emulsionante.
Una emulsión es un sistema coloidal en el que un líquido se dispersa en forma de diminutas gotas dentro de otro líquido con el que no se mezcla, como el aceite en el agua. Como las dos fases son inmiscibles, la mezcla tiende a separarse; para evitarlo se añade un emulsionante (o emulgente), una sustancia que se coloca en la interfase y estabiliza las gotas. La leche, la mayonesa, la mantequilla y muchas cremas cosméticas son emulsiones.
¿Qué es una emulsión química?
Una emulsión es un tipo de coloide: una mezcla heterogénea formada por dos líquidos inmiscibles, uno de los cuales (la fase dispersa o interna) se reparte en gotas de tamaño microscópico, normalmente de fracciones de micra a decenas de micras, dentro del otro (la fase continua o externa). A simple vista parece homogénea, pero al microscopio se ven las gotas.
La palabra procede del latín emulgere, «ordeñar», porque la leche fue la primera emulsión estudiada. A diferencia de una disolución, en la que las partículas son moléculas o iones individuales, en la emulsión hay agregados de millones de moléculas, y las dos fases conservan su identidad.
Por qué el aceite y el agua no se mezclan
El agua es una molécula polar que forma enlaces de hidrógeno con sus vecinas; el aceite es apolar. Mezclarlos supone romper los enlaces de hidrógeno del agua sin ganar interacciones equivalentes, de modo que el sistema minimiza el contacto entre ambos. Eso se traduce en una tensión interfacial alta: crear gotas aumenta mucho el área de contacto, lo cual cuesta energía. Por ello las gotas tienden a fusionarse (coalescer) hasta formar dos capas.
El papel del emulsionante
Los emulsionantes son moléculas anfifílicas: tienen una cabeza hidrófila (afín al agua) y una cola lipófila (afín al aceite). Se colocan en la superficie de cada gota con la cabeza hacia el agua y la cola hacia el aceite, y consiguen dos efectos:
- Reducen la tensión interfacial, lo que facilita crear gotas pequeñas.
- Crean una barrera (por repulsión eléctrica o por impedimento estérico) que evita que las gotas se toquen y se fusionen.
Ejemplos: la lecitina (yema de huevo, soja), las proteínas de la leche, los jabones y detergentes, y los tensioactivos sintéticos como los polisorbatos (Tween) y los ésteres de sorbitano (Span). También hay emulsiones de Pickering, estabilizadas por partículas sólidas finas en lugar de moléculas.
Tipos de emulsiones
| Tipo | Fase dispersa / continua | Ejemplos |
|---|---|---|
| Aceite en agua (O/W) | Aceite / agua | Leche, mayonesa, nata, cremas ligeras |
| Agua en aceite (W/O) | Agua / aceite | Mantequilla, margarina, cremas hidratantes densas |
| Múltiples (W/O/W) | Gotas de agua dentro de gotas de aceite dentro de agua | Algunos productos farmacéuticos y cosméticos |
El tipo resultante depende sobre todo del emulsionante. Se usa el balance hidrófilo-lipófilo (HLB), escala de 0 a 20 propuesta por William Griffin en 1949: un HLB bajo (aprox. 3-6) favorece emulsiones W/O y uno alto (aprox. 8-18) favorece las O/W.
Estabilidad: por qué se rompe una emulsión
Una emulsión es cinéticamente estable, pero no termodinámicamente: con el tiempo tiende a separarse. Los mecanismos de inestabilidad son:
- Cremado o sedimentación: las gotas suben o bajan por diferencia de densidad. Se describe con la ley de Stokes.
- Floculación: las gotas se agrupan sin fundirse.
- Coalescencia: las gotas se fusionan y crecen hasta separarse en dos fases.
- Maduración de Ostwald: las gotas pequeñas se disuelven y alimentan a las grandes.
donde v es la velocidad de cremado, r el radio de la gota, ρ₁ y ρ₂ las densidades de ambas fases, g la gravedad y η la viscosidad de la fase continua. La fórmula explica por qué se homogeneiza la leche (se reduce r) y por qué se espesa una salsa (se aumenta η).
Aplicaciones
- Alimentación: mayonesa, aliños, helados, chocolate, leche, salsas.
- Cosmética: cremas, leches limpiadoras, lociones.
- Farmacia: pomadas, emulsiones intravenosas con lípidos, vehículos de fármacos poco solubles.
- Industria: pinturas al agua (emulsiones de polímeros), asfaltos, pesticidas, lubricantes y fluidos de corte.
También se rompen a propósito: la separación de crudo y agua en el petróleo exige desemulsionar.
Ejercicios resueltos
1. Calcula la velocidad de cremado de una gota de aceite de 5 µm de radio (ρ = 920 kg/m³) en agua (ρ = 1.000 kg/m³, η = 1 mPa·s). Usa g = 9,81 m/s².
v = 2 × (5·10⁻⁶)² × (1.000 − 920) × 9,81 / (9 × 10⁻³) = 3,92·10⁻⁸ / 9·10⁻³ ≈ 4,4·10⁻⁶ m/s. Es decir, unos 4,4 µm/s (≈ 16 mm por hora), hacia arriba porque el aceite es menos denso.
2. Si se reduce el radio de las gotas a la mitad con un homogeneizador, ¿cómo cambia la velocidad de cremado?
v es proporcional a r². Al pasar de r a r/2: (1/2)² = 1/4. La velocidad se reduce a la cuarta parte.
3. Se mezcla un 60 % de Tween 80 (HLB = 15,0) y un 40 % de Span 80 (HLB = 4,3). ¿Qué HLB tiene la mezcla y qué tipo de emulsión favorece?
HLB = 0,60 × 15,0 + 0,40 × 4,3 = 9,0 + 1,72 = 10,7. Está en el rango de las emulsiones aceite en agua (O/W).
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre emulsión, suspensión y disolución?
En la disolución, el soluto se reparte en moléculas o iones y no se ve. En la suspensión, partículas sólidas más grandes flotan en un líquido y acaban sedimentando. La emulsión es la dispersión de un líquido en otro inmiscible.
¿Por qué se corta la mayonesa?
Se rompe la emulsión por añadir el aceite demasiado rápido, por exceso de temperatura o por falta de emulsionante (la yema). Las gotas se fusionan y se separan el aceite y el agua.
¿Es la leche una emulsión?
Sí: es una emulsión de grasa en agua, con glóbulos de grasa de pocas micras rodeados por una membrana de fosfolípidos y proteínas que impide que se unan. También contiene proteínas dispersas y lactosa disuelta.
¿Qué es un emulsionante?
Una sustancia con una parte afín al agua y otra afín al aceite que se coloca entre ambas fases para estabilizar las gotas y evitar su fusión.
¿Se puede romper una emulsión a propósito?
Sí: con calor, cambios de pH, adición de sales, centrifugación o agentes desemulsionantes. Es habitual en la industria del petróleo y en el tratamiento de aguas residuales.
Referencias
- McClements, D. J. Food Emulsions: Principles, Practices, and Techniques. CRC Press.
- Griffin, W. C. (1949). «Classification of surface-active agents by HLB». Journal of the Society of Cosmetic Chemists, 1.
- Atkins, P. y de Paula, J. Química Física. Editorial Médica Panamericana.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2023). «Emulsión química». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/quimica/emulsion-quimica/
