Hidrofobia y superhidrofobia

El término hidrofobia proviene del griego hydrós (agua), y fobos (horror), por tanto, la hidrofobia es el horror al agua. Con este título podría dedicar la entrada a:

• La hidrofobia como el trastorno de salud emocional que produce que algunas personas sientan un inexplicable miedo al agua.
• La hidrofobia como enfermedad vírica. Uno de los síntomas de la rabia, es el pánico al agua, lo que lleva a que muchos conozcan esta enfermedad transmitida por animales como hidrofobia.
• La hidrofobia como la fuerza de interacción entre moléculas apolares en contacto con el agua.

Teniendo en cuenta la imagen con la que inicio la entrada de hoy, lo mejor será que me centre en la última posibilidad.

El agua es una molécula polar, no por antojo mío, sino que como se compone de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, dispuestos formando un ángulo de 104,45°, y como el átomo de oxígeno atrae más a los electrones que los átomos de hidrógeno, se genera un exceso de carga negativa del lado del oxígeno y de carga positiva del lado del hidrógeno, lo que provoca que las moléculas de agua sean polares.

Dos moléculas polares pueden asociarse enfrentando la carga positiva de una y la carga negativa de la otra, lo que le permite a las moléculas de agua asociarse a otras moléculas como alcoholes, sales, y por supuesto, otras moléculas de agua. No obstante, existen otras moléculas que carecen de carga, las moléculas apolares, por lo que no pueden establecer uniones con moléculas polares, como por ejemplo el aceite.

Este fenómeno dota al agua de propiedades extraordinarias e indispensables para la vida, sin las cuales no tendríamos agua líquida en condiciones normales, ni la disolución de sustancias, ni el transporte de sustancias en el organismo, ni las funciones metabólicas… Pero bueno, por hoy solo me centraré en un punto muy concreto, la hidrofobicidad.

Al añadir una sustancia polar al agua, la asociación de las moléculas de ambas provoca que la primera quede disuelta en el agua. Mientras que si añadimos una sustancia apolar al agua, al no establecerse uniones entre ambas, la sustancia añadida se irá al fondo, a la superficie, o tenderá a agruparse minimizando al máximo su contacto con el agua. De hecho, las membranas celulares se forman por bicapas de fosfolípidos, unas moléculas que se disponen presentando al agua su cara polar, mientras que le esconden su cuerpo apolar.

Por otro lado, si ponemos algo de agua sobre una superficie pueden ocurrir dos cosas:

• Si la superficie está formada mayoritariamente por moléculas polares (una superficie hidrofílica), las moléculas de agua no solo se unen entre sí, sino que también establecen uniones a las moléculas de la superficie, por ello, la gota tenderá a extenderse sobre la superficie, y podremos decir que la superficie queda mojada. Mientras más polar sea la superficie más se empapará.  
• Si la superficie está formada mayoritariamente por moléculas apolares (una superficie hidrofóbica), las moléculas de agua tienen muchísima más afinidad por unirse entre sí que con la superficie, por lo que la gota no tiende a expandirse sobre la superficie. Mientras más apolar sea la superficie, más reducirá la gota de agua el contacto con esta.

Con el fin de impermeabilizar la epidermis de las hojas, repeler al agua, y así evitar la adhesión de esporas de agentes patógenos, las plantas cubren sus hojas con ceras hidrofóbicas.

Si hay alguna planta que destaque por la hidrofobicidad que presentan sus hojas, esta es Nelumbo nucifera, comúnmente conocida como loto. Tal es el caso, que no se la considera hidrófoba, sino superhidrófoba, característica que muchos llaman "efecto Lotus".

Las imágenes que acompañan esta entrada, captadas recientemente en el Jardín Botánico Histórico La Concepción (Málaga), permiten observar como ni el agua, ni la miel, mojan la superficie de una hoja de loto.

Esta superhidrofobicidad tiene truco, las células epidérmicas de la hoja del loto forman papilas microscópicas, de modo que la superficie de la hoja no es realmente lisa, sino que está llena de pequeñas protuberancias como si fueran puntas de dedos microscópicos. Cuando el agua cae sobre la superficie de la hoja, las gotas solo tocan las puntas de las papilas, sin invadir los valles entre las papilas, que quedan ocupados por burbujas de aire. De este modo, al efecto hidrofóbico de las ceras epicuticulares hay que sumar que la gota de agua ve reducido considerablemente el contacto con la hoja.

Las gotas de agua resbalan sobre las puntas de las papilas y burbujas de aire de los valles, y a su paso arrastran las partículas contaminantes y esporas que pudiera haber sobre la superficie de la hoja, consiguiendo de este modo un efecto de autolimpieza. Al no acumularse agua sobre la hoja, esta queda protegida contra patógenos como los hongos, y la autolimpieza permite que la suciedad no afecte a la tasa de fotosíntesis.

Las investigaciones llevadas a cabo con las hojas de loto están permitiendo el desarrollo de nuevos materiales autolimpiables o ultra-antiadherentes, lo que tiene múltiples aplicaciones como en el desarrollo de revestimientos, pinturas, tejas, telas…

Si a esto le sumamos que los lotos ya están en flor, ¿A qué esperas para visitar el jardín botánico y comprobar por ti mismo la superhidrofobicidad de las hojas de loto?