Lo decía mi madre, no hay mejor laboratorio que la cocina. Yo estaba de acuerdo con ella, no porque me fuera a meter a cocinero sino porque me encantaba probar el resultado de sus experimentos. Digo esto porque, lo que hoy les voy a contar es la historia de un experimento que tuvo su origen y final allí, en la cocina.

La taza que quema al sacarla del horno de microondas.

Todo empezó una mañana, poco después de levantarme, y por casualidad, como suelen suceder las cosas divertidas. El día anterior, haciendo la compra con mis hijas, había visto una oferta de tazas de desayuno de distintos colores muy baratas y había comprado media docena. Aquella mañana, el levantarme, escogí una de un color verde oscuro, la llené de leche y café de polvitos – si ya sé que no soy muy especial en eso, no me peguéis los muy cafeteros. Puse la taza en el horno de microondas y esperé a que se calentara. Pasado el minuto de rigor, abrí la puerta del microondas y cogí decidido la taza por el asa. No pude reprimir un grito de dolor. ¡Aaaah! el asa estaba ardiendo. La solté inmediatamente con tan mala suerte que todo el café se derramó en el interior del microondas. ¡Me ca…! No daré detalles, el caso es que el grito inicial se completó con algunos sonoros añadidos. Mi hija, que en esos momentos acababa de levantarse para ir al instituto, vino corriendo y preguntó alarmada por lo sucedido. Cuando se lo expliqué no tardó en hacer la pregunta.

“Papá. Y por qué, al poner las tazas en el microondas, unas queman y otras no”.

“Francamente, balbuceé, no lo sé”. Pero lo averiguaré, te lo prometo.

Así comenzó una investigación que me ha tenido ocupado durante varios días. Una investigación que tiene algo de intriga, de historia e incluso no faltará un experimento en el que he tenido que sacrificar dos bolsas de palomitas de maíz, lo que me ha granjeado alguna discusión familiar. Pero no quiero adelantar acontecimientos. Vamos por partes.

Las microondas.

Sucede que las microondas son ondas electromagnéticas de una frecuencia algo más alta que las de radio y menor que las ondas luminosas. En el fondo, las ondas electromagnéticas no son más que la forma que tienen las cargas eléctricas de comunicarse entre sí. Si en una antena movemos un electrón de arriba abajo, dado que dos electrones tienen la misma carga y se repelen, otro, situado en otra antena a cierta distancia, notará que el primero se ha movido y seguirá su movimiento. Cuanto más rápido cambie de posición el primero, mayor será la frecuencia de oscilación. La onda se transmitirá por el espacio a la velocidad de la luz hasta golpear al segundo. Parecido al movimiento de una ola que avanza por la superficie del agua y hace oscilar un corcho flotante situado a cierta distancia.

Eso, básicamente, es el magnetrón de un microondas, una antena en la que los electrones oscilan 2,45 miles de millones de veces por segundo creando una onda que será detectada por cualquier carga eléctrica que se encuentre en su camino. Vamos, lo mismo que hacen las antenas emisoras de radio, emiten ondas electromagnéticas que son captadas por los receptores y nos permiten transmitir información a larga distancia, o las ondas luminosas del Sol que, después de recorrer los 150 millones de kilómetros que nos separan de él, todavía tienen energía como para mover las cargas eléctricas de los receptores de nuestros ojos. Las microondas generadas en nuestro aparato de cocina no llegan tan lejos porque ha sido diseñado para que se queden dentro de él y no se escapen, así concentradas en ese pequeño espacio, provocan efectos curiosos. Unos efectos que permitieron su descubrimiento, por casualidad, allá por 1945. Les cuento la historia que es muy interesante.

La chocolatina que iluminó el invento del horno de microondas.

Sucedió una mañana en las instalaciones de la compañía americana Raytheon Corporation, especializada en la fabricación de magnetrones, unos aparatos que generan ondas de radio de microondas y se utilizaban en los radares del ejército estadounidense. Allí, el ingeniero Percy Spencer se preparaba para probar un nuevo magnetrón. Llevaba trabajando muchas horas y apenas había probado bocado, tan sólo tenía una chocolatina en el bolsillo de su bata. Puso el magnetrón en marcha y mientras funcionaba cogió la chocolatina. Cuál no sería su sorpresa cuando descubrió que se había derretido completamente. Spencer no era de los que resuelven un problema así con un ¡qué le vamos a hacer!

Sospechando que el fenómeno tenía alguna relación con las ondas emitidas por el magnetrón, comenzó a experimentar. Trajo de su casa unas palomitas de maíz y las colocó cerca del tubo de vacío y puso en marcha el aparato. Un par de minutos después, las palomitas comenzaron a saltar por todo el laboratorio. Así comenzó una serie de experimentos cuyo punto más cómico fue el día en el que a un colega que observaba de cerca lo que ocurría en un huevo calentado con microondas, este estalló en sus narices dejando al pobre embadurnado de yema ardiente.
Así fue como Spencer tuvo la idea que ahora ocupa un lugar de honor en la mayoría de las cocinas modernas, el horno de microondas.

Como podéis ver, se trató de un descubrimiento casual que Spencer, gracias a sus conocimientos y a su preparación, pudo aprovechar para beneficio de todos. Ahora bien, una cosa es descubrir un fenómeno y otra encontrar el por qué.

¿Por qué calientan los alimentos las microondas?.

Ha quedado claro que las ondas electromagnéticas hacen bailar a las cargas eléctricas situadas en su camino. También pueden hacer circular corrientes que van y vienen en los objetos metálicos y cables eléctricos, pueden acumular cargas e incluso, hacer saltar chispas desde los objetos metálicos puntiagudos porque se acumula carga en la punta y pueden pasar al aire,… Pero ¿calentar una sopa, o derretir una chocolatina? Esas sustancias, en principio no son conductoras de la electricidad ni contienen metales ¿qué sucede entonces?

Resulta que la materia ordinaria está constituida por átomos que se agrupan en moléculas. Lo más normal es que las moléculas sean neutras, es decir, tengan igual número de cargas positivas que negativas y, por lo tanto, hagan oídos sordos a las ondas del magnetrón. Si no hay un desequilibrio de cargas eléctricas por medio no saben bailar a su ritmo. Sin embargo, hay moléculas en las que esas cargas no están compensadas, entre ellas las del agua, aunque hay muchas más sustancias así. Una molécula de agua tiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno pero, curiosamente, los átomos de hidrógeno, en lugar de ponerse cada uno en el lado opuesto unidos al oxígeno, tienden a situarse más juntos. Como resultado, la molécula tiene un lado más positivo y otro más negativo, viene a ser como una diminuta pila eléctrica. Esto se conoce como dipolo eléctrico.

El baile de los dipolos.

Un dipolo eléctrico se comporta ante una onda electromagnética que llega, como una pareja de baile que tiende a orientarse al ritmo de la música. Si la onda electromagnética tira de la parte positiva, la parte negativa tiende a alejarse, si cambia el ciclo y tira de la parte negativa, la pareja da la vuelta y ahora es la parte positiva la que se aleja. Así en cada ciclo de la onda la pareja baila siguiendo el ritmo.

Ahora bien, una pareja de bailarines pueden encontrarse en distintos escenarios. Puede que el ritmo sea lento y la pista esté casi vacía, con lo que la pareja bailará pausadamente sin molestar a nadie. Puede suceder que el ritmo sea muy rápido y simplemente no puedan seguirlo, entonces se quedará inmóvil como me pasa a mí ante algunos bailes modernos y también puede suceder que, aunque el ritmo sea el adecuado, la pista esté abarrotada de gente y las parejas se muevan con dificultad, a codazos chocando con otras parejas participantes. En este último caso el ambiente se suele calentar de lo lindo.

Bien, pues con las moléculas de agua sucede algo parecido. Si están muy separadas, y el ritmo es adecuado, bailan sin interferir con otras y el ambiente alrededor ni se entera, no sube la temperatura. Es lo que suele suceder cuando el agua está en forma de vapor. Si las ondas van muy rápido, no pueden seguir el ritmo y tampoco se calienta. Sin embargo, si las moléculas están muy cerca pero con libertad de movimiento, como sucede en los líquidos, y la música es apropiada, las moléculas intentarán seguir el ritmo pero los continuos choques con otras moléculas entorpecerán sus movimientos, haciéndolas perder la sincronización, los choques se traducen en una elevación de la temperatura del conjunto. Esto es lo que sucede al poner un alimento con agua en el microondas. Se calienta.

Hasta aquí no hemos dicho nada nuevo. Los alimentos que contienen agua se calientan en el microondas, eso lo sabemos todos. Y también, como nos han contado muchas veces, asumimos que los recipientes no se calentarán. Pero, como pude comprobar aquella mañana en propia carne, no siempre es así, de hecho, descubrí que existe toda una tecnología que se apoya en materiales que se calientan, y mucho, en el microondas y no tienen nada que ver con el agua.

Posibles culpables del calentamiento del recipiente en el microondas.

De todas formas, entre las posibles respuestas al problema de las tazas que se calientan, algunas tienen que ver con el agua. Podría suceder que la arcilla de la que está hecha la taza en cuestión, no haya sido bien cocida y contenga aún agua en su interior, o que ésta se introduzca por alguna grieta. En ese caso, el agua que permanece en los poros se calentará y comunicará el calor a la arcilla haciendo que se caliente el recipiente.

También existe la posibilidad de que en la arcilla existan moléculas que, sin ser de agua, sean dipolares. En ese sentido se ha comprobado que compuestos como el óxido Zirconio lo es y existe en algunas arcillas. En este caso, si la molécula de turno baila bien al ritmo de las microondas, el asa de la taza se puede calentar mucho. Sin embargo, lo que realmente llamó mi atención tiene que ver con unos materiales que reciben el nombre de susceptores ¿Y qué es un susceptor? Veréis.

Susceptores para microondas.

Todos hemos oído decir que no es bueno meter metales en el interior de un horno de microondas. Pero la realidad es que hay que matizar mucho el tema porque muchas veces, sin saberlo, estamos poniendo metales en el microondas y no pasa nada. Por ejemplo ¿sabían que la bolsa de palomitas de maíz para microondas lo lleva? Pero no adelantemos acontecimientos.

Un objeto metálico grande, una cuchara metálica, por ejemplo, si la introducimos por descuido con el café en el microondas observaremos que no pasa nada. Suele ser un despiste muy habitual. Las microondas inducen corrientes eléctricas en la cuchara porque fuerzan a moverse a los electrones libres que existen en los metales y esas corrientes hacen de espejo que reflejan las ondas de nuevo hacia fuera, nada más, ni siquiera se calienta. Es cierto que si el objeto metálico tiene aristas puntiagudas pueden saltar chispas porque en ellas se acumula carga, en ese caso sí que puede haber peligro, pero de incendio.

Ahora bien, si la capa metálica es muy fina, las corrientes que se crean encuentran resistencia al circular y entonces la lámina se calienta. Y se puede calentar mucho más que el agua. Esta es la base de un susceptor. Los susceptores pueden hacerse de finísimas capas de aluminio y de otros compuestos como el grafito o el carburo de silicio. Así pues, volviendo al tema que nos ocupa, las tazas que se calientan en el microondas también pueden estar hechas de arcillas con pequeñas trazas metálicas o con trazas de grafito, un material conductor que puede llegar a alcanzar temperaturas altísimas.

El experimento y la bolsa de palomitas de maíz.

Hasta aquí, la explicación, pero no acabó ahí la historia. Lo que aprendí sobre susceptores me llevó a la cocina, quería ver con mis propios ojos cómo es un material de éstos. Allí había, siempre hay, bolsas de palomitas de maíz para hacer en el microondas así que observé una con detenimiento. Pronto descubrí que en una de las caras, justo ésa en la que pone “éste lado hacia abajo” había un rectángulo más oscuro que el resto del envoltorio. Tenía toda la pinta de ser el susceptor. Además si las semillas de maíz debían permanecer sobre él es porque ese lado iba a estar más caliente.

Entonces se me ocurrió un experimento. Recorté el recuadro solamente y tiré las palomitas para gran disgusto de mis hijas. Lo coloqué sobre un plato y sobre él puse una rebanada de pan de molde, como conviene comparar, puse otra rebanada de pan de molde al lado, directamente sobre el plato. Si era el susceptor, como imaginaba, su temperatura subiría mucho más que la del pan y la cara en contacto con él se tostaría. Dicho y hecho, lo puse tres minutos en el microondas y al sacarlo, comprobé satisfecho la única cara de ambas rebanadas de pan que estaba tostada era la que reposaba sobre el susceptor de la bolsa de palomitas.

El pan, que había perdido toda el agua por calentamiento, estaba duro como una piedra, pero el experimento había sido un éxito. Ahora sé qué es un susceptor y sospecho por qué me quemó la taza del desayuno. Nunca te acostarás sin saber algo más. Eso también lo decía mi madre.

REFERENCIAS

Water and Microwaves