Complejidad y Flexibilidad: "El Laboratorio de Materiales Blandos Portable"

En este espacio mostraremos como armar el Laboratorio de Materiales Blandos "Portable" para estudiar diferentes fenómenos físicos, químicos y biológicos. 

Bienvenidos a todos los miembros nuevos al Laboratorio, Si gustas realizar alguna de las actividades, retos y/o cuestionarios de auto-evaluación, o si tienes preguntas no dudes en contactarnos. Les recomiendo iniciar con las actividades y retos del microscopio portable "gotita de agua". Poco a poco avanzaremos y pondremos nuevas guías de cristalización por evaporación, emulsiones, el calorímetro o la difusión, para ir construyendo su laboratorio.

Objetivos:

Llevar a los hogares veracruzanos actividades científicas que se pueden desarrollar en familia usando el Laboratorio de Materiales Blandos “Portable” que de manera lúdica promueve la observación de fenómenos físicos, químicos y biológicos, la adquisición de experiencias prácticas a través del juego y la convivencia familiar. El uso de la tecnología con la que contamos actualmente para el desarrollo tanto individual como familiar. Lo anterior a través de los chicos que hayan trabajado y colaborado en sus tesis, servicios sociales, exalumnos y otras personas interesadas en la divulgación de la ciencia. Llevando como objetivo particular la educación en ciencias basada en la investigación. Promoviendo cambios, gusto y empatía en el aprendizaje y el empleo de la ciencia en la vida cotidiana, hacia la formación de una cultura científica de las regiones.

Actividad 1 (todos los participantes): Armar tu propio Laboratorio de Materiales Blandos "Portable".

Haciendo una búsqueda podemos encontrar que el término de Materia Blanda ("Soft Matter") fue acuñado por Pierre de Gennes en su conferencia de premio Nobel. Leyendo un poco vemos que la materia blanda tiene dos características principales: La complejidad y la flexibilidad.

La complejidad

Empezaremos revisando qué es la complejidad, en su conferencia, de Gennes, refiere que la biología moderna ha pasado de estudiar sistemas unicelulares simples, como bacterias, a estudiar organismos multicelulares más complejos como las plantas, invertebrados, vertebrados... 

Reto equipo (persona) 1. Usando el microscopio portable, obtener una foto y medir el tamaño de diferentes células. En la figura se muestran a las células de la epidermis de cebolla como unidades fundamentales de su estructura. La barra muestra una escala de 200 micras.

De manera similar a la física atómica y molecular, cuyas unidades fundamentales son los átomos, estos conforman también la base de estructuras moleculares más complejas. Las cuales en conjunto se encuentran en diferentes estados termodinámicos como los sólidos cristalinos y amorfos, los líquidos o sus correspondientes vapores. En la figura se muestra una foto de cristales de sal obtenidos por evaporación de agua.

Reto equipo (persona) 2. Cristalización de sal por evaporación de agua, la barra de escala se encuentra en milímetros. La magnitud de los átomos y moléculas, en este caso iones de cloro y sodio, son tan pequeñas que no se puede ver a simple vista, ni con la ayuda del microscopio, sin embargo, es posible ver las hermosas estructuras cristalinas que producen.

Reto equipo (persona) 3. Emulsión aceite en agua obtenida mediante la agitación de agua con unas gotas de aceite y un poquito de jabón lavatrastes (tensoactivo) como estabilizador. Sin el jabón puedes observar como las gotas de aceite vuelven a juntarse (fenómeno conocido como coalescencia).

En el caso de la materia blanda, las unidades fundamentales tienen una escala mucho mayor a las escalas átomicas, sus fases termodinámicas se encuentran basadas en estructuras como polímeros, tensoactivos, cristales líquidos y/o sistemas coloidales. Algunas de ellas como las partículas coloides es posible obsevarlas mediante técnicas de dispersión dinámica de luz o microscopía óptica. Así como también las células o bacterias como unidades en biología. 

Aunque no pueden observarse los átomos y moléculas pequeñas por su magnitud tan pequeñita, éstos producen fenómenos como el movimiento browniano el cual si es posible observar con un microscopio convencional. Por lo que te proponemos elaborar un modelo experimental del movimiento browniano utilizando medios granulares.

Reto equipo (persona) 4: Modelo experimental que representa el movimiento de átomos o moléculas partículas blancas que mantiene en suspensión partículas coloidales mayores debido a las fluctuaciones térmicas.

De estas líneas vemos la importancia de resaltar la complejidad en cualquier ámbito ya sea en cuanto a estructuras atómicas, organismos biológicos, suspensiones coloidales y/o espumas, por mencionar algunos. 

Cada equipo realiza una exposición de su minivideo y responde el cuestionario de auto-evaluación aquí.

Referencias:

- Actividades del Laboratorio de Materiales Blandos "Portable" de los jueves de física, disponibles en: https://www.uv.mx/investigacion/general/jueves-de-fisica-2021/

- "El baile de la molécula" (2020), Huerta A., Analogías y conexiones en la física. Volke, K. et al., Ed. CopIt-arXives, México. Disponible en: https://copitarxives.fisica.unam.mx/TS0020ES/TS0020ES.pdf