CAPILARIDAD

TENSOACTIVOS, ANTIESPUMANTES Y CAPILARIDAD

Presentado por  Andrés Felipe Escárraga Codigo0842133 Presentado a Profesor William Barona Monitora Luisa Fajardo Asignatura Termodinámica y Cintica de Materiales

Escuela de Ingeniera de Materiales Universidad del Valle Santiago de Cali, 26 NOVIEMBRE de 2010

TABLA DE CONTENIDOS

1. CONCEPTOS BASICOS 1.1. La tensiónn superficial y la capilaridad en la naturaleza. 1.2. Moleculas anfifílicas 1.3. Clasificación de los sistemas anfifilicos 2. TENSOACTIVOS 2.1. Estructura 2.2. Propiedades 2.3. Aplicaciones 2.4. Clasificación. 3. ANTIESPUMANTES 3.1. Efectividad 3.2. Funcionamiento 3.3. Características 3.4. Aplicaciones 4. CAPILARIDAD 4.1. Propiedad 4.2. Proceso aplicado 4.3. Aplicaciones 5. BIBLIOGRAFA

1. CONCEPTOS BASICOS 1.1. La tensión superficial y la capilaridad en la naturaleza. Una de las propiedades del agua que tienen que ver con procesos naturales y con algunas funciones de los seres vivos son la tensión superficial y la capilaridad. Cuando se forman las gotas de agua adquieren una forma esférica, lo cual puede observarse, por ejemplo, en el rocióo que se acumula en las plantas o al utilizar un gotero. Este fenómeno ocurre debido a la fuerza de cohesión existente entre las moléculas de agua; dicha fuerza hace que estas se atraigan entre s. Las moléculas del interior de la gota son atraídas por las demás en todas direcciones, mientras que las de la superficie sólo pueden ser atraídas hacia el centro; de esta manera, la superficie de la gota se vuelve esférica. La cohesión genera que las moléculas ms externas se agrupen formando una red que da forma a la gota y la separa de las moléculas del aire. A esta propiedad se le conoce como tensión superficial y también se presenta en la superficie de los cuerpos de agua. La tensión superficial puede soportar el peso de algunos objetos e impide que se hundan en el agua; por ejemplo, algunas veces en los estanques, las hojas que caen de los arboles pueden permanecer durante cierto tiempo sobre la superficie y algunos insectos aprovechan esta propiedad del agua para desplazarse sobre ella. Un aumento en la temperatura del agua rompe la tensión superficial, lo cual también se logra al adicionar sustancias que al interactuar con las moléculas de agua permiten que se separen. Las sustancias ms conocidas que logran este efecto son los jabones y los detergentes. La capilaridad es un proceso que se presenta cuando el agua se mueve en contra de la gravedad y a través de espacios muy estrechos; por ejemplo, a través de tubos muy delgados, entre las partículas del suelo y en los tejidos del tallo de las plantas. Esta propiedad se debe a la cohesión entre las moléculas del agua y la adherencia de estas a las moléculas del medio que las contiene. Las plantas tienen conductos muy delgados a través de los cuales el agua sube desde la raíz a los tallos y a las hojas ms altas. El agua que se absorbe en la raíz se adhiere a las moléculas de azúcar que se encuentran en la superficie interior de los conductos y a su vez, las mismas moléculas de agua se atraen unas a otras por la fuerza de cohesión y de esta forma el agua sube hasta las hojas, las flores y los frutos. La capilaridad es uno de los procesos que favorecen que las plantas, y sobre todo los arboles muy altos, transporte el agua desde el suelo utilizando poca energía. 1.2. Moléculas anfifílicas. También llamadas-anfipáticas, son aquellas-moléculas-que poseen un extremohidrofilico-o sea que es soluble en agua y otrohidrofobo-o sea que rechaza el agua. As, por  ejemplo, cualquier tipo de-aceite-es hidrófobo porque-no puede-incorporarse al agua. Comúnmente estas dos partes tenderán a separarse si se agregan a una mezcla de dos sustancias, una hidrofóbica y una hidrofilica, lo que no puede cumplirse debido a que se encuentran unidas por un-enlace químico.

A estos compuestos que contienen grupos simultáneos fuertemente no polares y grupos fuertemente polares, el agua los dispersa o los solubiliza formandomicelas-o bicapas. Un ejemplo sencillo de biomolécula anfifílica que tiende a formar micelas es la sal sodicha del acido oleico; esta molécula posee un solo grupo carboxilo que es polar y tiende por ello a hidratarse con facilidad, y una larga cola hidrocarbonada, que es no polar e intrínsecamente insoluble en el agua. Otro ejemplo son los fosfolípidos, compuestos por dos ácidos grasos, los extremos hidrófobos; y un aacido fosfórico y un aminoalcohol (el extremo hidrófilo). Este también es el caso de los jabones, ya que las moléculas de jabón se adhieren por  un lado a las moléculas de agua y por el otro a las partículas de suciedad. Los-triglicéridos-no son anfipáticos, no son solubles en agua o sea no cumplen con la doble característica de ser solubles en solventes orgánicos (no polares) y en el agua (polar). No es antipática ya que las partes polares de la glicerina y de los ácidos grasos están formando parte de los enlaces ester. El triglicérido, a diferencia del fosfolípido, no tiene el grupo fosfato que es el que, precisamente, le confiere esa característica anfipática. 1.3. Clasificación de los sistemas anfifílicos. GRIFFIN ideo una escala arbitraria de valores que sirviese como medida del balance hidrofilolipfilo (hydrophiliclipophilic balanceHLB) de los agentes superficialmente activos. As, por  medio de este sistema numérico de índices HLB, indicado en la figura 13, es posible establecer un intervalo de la máxima eficacia para cada tipo o clase de agente tensoactivo, deduciéndose de esta escala que cuanto ms alto es el HLB de un agente, mayor es su carácter  hidrófilo; as, los Spans, esteres del sorbitn, fabricados por la Atlas Powder Company, son agentes lipfilos y, por tanto, tienen valores HLB bajos (de 1,8 a 8,6), mientras que los Tweens, derivados polioxietilnicos de los Spans, son hidrfilos y, en consecuencia, tienen valores HLB altos (de 9,6 a 16,7).

2. TENSOACTIVOS 2.1. Composición. Son compuestos que disminuyen la-tensión superficial-de un líquido, lo que facilita la difusión y la disminución de la-tensión interfacial-entre dos líquidos, o entre un líquido y un sólido.-Los tensoactivos pueden actuar como:-detergentes,-agentes humectantes,-emulsionantes,-agentes espumantes y-dispersantes. Los tensoactivos son generalmente-compuestos organicos-anfifilicoz, es decir, que contienen tanto grupos hidrofóbicos- (en sus-colas) y grupos-hidrofílico (en sus cabezas).-Por lo tanto, una molécula de surfactante tensoactivo contiene un componente insoluble en agua (o componente soluble en aceite) y un componente soluble en agua.-Las moléculas de surfactante se migran a la superficie del agua, donde el grupo hidrófobo insoluble puede extenderse fuera de la fase de agua a granel, ya sea en el aire o, si el agua se mezcla con un aceite, en la fase de aceite, mientras que el grupo de cabeza soluble en agua permanece en la fase acuosa.-Esta alineación y la agregación de las moléculas de surfactante en la superficie, acta para modificar las propiedades superficiales de agua en el agua, el aire o el agua / aceite de interfaz. 2.2. Propiedades. Los tensoactivos reducen la tensión superficial del agua por-adsorción-en la interface lquido-gas.-Tambien reducen la tensión interfacial entre el aceite y el agua mediante la adsorción en la interface liquido-liquido.- Muchos también puede montar en la mayor parte de-la solución-en-los agregados.-Ejemplos de tales agregados son-vesículas-y-micelas.-La concentración en la cual los tensoactivos empiezan a formar-micelas-es conocida como la-concentración critica de la micela-(CMC).-Cuando las micelas se forman en el agua, sus colas forman un ncleo que puede encapsular una gotita de aceite, y sucabezas (iónicos / polares) forman una capa exterior que se mantiene en contacto favorable con el agua.Cuando los tensoactivos se renen en el aceite, el agregado se conoce como una micela inversa.-En una micela inversa, las cabezas estn en el ncleo y las colas en un contacto favorable con el aceite.-Los tensoactivos son se clasifican en cuatro grupos principales; aniónicos, catiónicos, no iónicos y-bipolares-(carga dual). La termodinmica-de los sistemas tenso activos es de gran importancia, terica y prctica. -Esto es porque los sistemas tenso activos representan los sistemas entre estados ordenados y desordenados de la materia.-Soluciones de tensoactivos pueden contener una fase ordenada (micelas) y una fase desordenada (sin moléculas de surfactante y / o-iones-en la solución). El detergente para lavar, por ejemplo, promueve la penetracin del agua en el suelo, pero el efecto sólo durara unos das (muchos detergentes de lavandera en polvo contienen niveles de productos qumicos como-lcalis que pueden ser  perjudiciales para las plantas y no debe ser aplicado a los suelos).- Algunos pueden, sin embargo, interferir con el ciclo de vida de algunos organismos acuticos, por lo que se debe tener cuidado para evitar la escorrenta de estos productos en los arroyos, y el exceso de producto.

2.3. Aplicaciones. Los tensioactivos desempean son importantes pueden ser limpiadores, humectantes,dispersantes,-emulsionantes,-espumantes-y-agentes antiespumantes en muchas aplicaciones prcticas y productos, incluyendo: Detergentes Suavizantes de tela Emulsiones Pinturas Adhesivos Tintas Anti-niebla Laxantes Formulaciones de agroqumicos Herbicidas Insecticidas Desinfectantes Cosmticos: Champs Acondicionadores Pastas de dientes Espermicidas-(nonoxinol-9) Canalizaciones, arrastre de líquido reductor  Ferro fluidos Detectores de fugas Los detergentes en la bioquímica y la biotecnología En solución los detergentes ayudan a solubilizacion de moléculas y a disociar  agregados para desplegar proteínas.-Los detergentes son reactivos clave para extraer-la proteína por la lisis de las células y tejidos se desorganizan las membranas bicapas lipdica y solubilizan las proteínas. Los detergentes ms suaves tales como (OctylThioGlucosides) se utilizan para solubilizar las proteínas sensibles (enzimas,-receptores).- Materiales no solubles son recogidos por  centrifugación o por otros medios.-En-la electroforesis, las proteínas son clásicamente tratadas con-SDS para desnaturalizar el nativo-terciario y cuaternario de las estructuras, lo que permite la separación de proteínas según su-peso molecular. Los detergentes también han sido utilizados en los granos.-Generando un proceso que mantiene una matriz de proteínas que conserva la estructura del grano y, a menudo la red micro vascular.-El proceso ha sido utilizado con éxito para preparar  a los granos como el higado y el corazónn para el trasplante en ratas. 2.4. Clasificación De acuerdo con la composición de su cola los tensioactivos puede ser:

Una-cadena de hidrocarburos:-los hidrocarburos aromticos-(estireno),-alcanos(alquilo),-alquenos,-cicloalcanos,-alquino basado; Un eter-y alquilo Tensioactivos etoxilados:-el óxido de polietileno-se ánade para aumentar el carácter hidroflico de un tensioactivo. Tensioactivos propoxilados:-óxidos de polipropileno-se introducen para aumentar  el carácter lipofilo de un tensoactivo. Una cadena de-fluorocarbono:-fluorados; Un surfactante puede tener una o dos colas (doble tensoactivos encadenado). De acuerdo con la composición de la cabeza Clasificación de tensoactivo de acuerdo a la composición de su cabeza no iónicos, aniónicos, catiónicos anfóteros. Un tensoactivo no iónico no tiene carga en su cabeza.-La cabeza de tensoactivo iónico lleva una carga neta.-Si la carga es negativa, el tensoactivo es ms específicamente llamado aniónico, si la carga es positiva, se le llama catiónicho.-Si un agente tensoactivo contiene una cabeza con dos grupos con cargas opuestas, se denomina bipolares. 3. ANTIESPUMANTES Los antiespumantes son un producto importante para muchas industrias de transformación, ya que la espuma origina a menudo perturbaciones y mayores costes. La fórmula de un antiespumante incluye a menudo un aceite. 3.1 Efectividad. Depende de que tenga una tensión superficial menor que el medio espumante, que se disperse en el medio espumante, que sea compatible y estable con medio espumante. Para seleccionar el antiespumante adecuado, se debe de tener en cuenta el medio que se va a tratar (acuoso, no acuoso o solvente) y la cantidad de espuma que se requiere controlar o eliminar. 3.2 Funcionamiento Todos estos agentes tensoactivos tienen en común su capacidad para migrar a la interface aire/líquido de la pintura, reduciendo as la tensión superficial. La espuma se forma al quedar atrapadas burbujas de aire producidas durante las diversas fases de la fabricación y el uso de una pintura como el bombeo, la agitación, la dispersan y la aplicación. La interface aire-líquido de estas burbujas está rodeada por los agentes tensoactivos presentes en la pintura que debido a su baja densidad emigran a la superficie. Durante este proceso, las burbujas pequeñas se pueden combinar para formar otras ms grandes que suben ms rápidamente. Las

burbujas se acumulan en la superficie deformándose a s mismas y a la superficie de la pintura. El aire queda atrapado por la formación de una lamela estabilizada por la presencia de los agentes tensoactivos. Sin ellos, el líquido se escurrirá provocando el adelgazamiento de esta lamela hasta que se produjese su rotura. La acción de los antiespumantes ocurre principalmente en la lamela estabilizada. Por lo tanto los antiespumantes deben ser insolubles en la pintura y poseer la movilidad suficiente que le permita penetrar en la lamela y desplazar el agente tensoactivo presente en su internase. El agente antiespumante debe tener una tensión superficial inferior a la del agente tensoactivo. El valor de esta tensión superficial ha de ser tal que se produzca el efecto marangoni opuesto, esto es, que se provoque el adelgazamiento rápido y la rotura de la lamela. 3.3. Características. El agente antiespumante debe tener una tensión superficial inferior a la del agente tenso activo. El valor de esta tensión superficial ha de ser tal que se produzca el efecto marañona opuesto, esto es, que se provoque el adelgazamiento rápido y la rotura de la lamela Los antiespumantes pueden ser substancias químicas con una tensión superficial baja como la silicona y los aceites minerales, los ácidos grasos y los compuestos fluorocarbonados para mejorar la capacidad antiespumante se pueden añadir partículas sólidas con una tensión superficial baja. Tal es el caso de la sálica hidrofóbica y los jabones metálicos. En sistemas formados por  polisiloxanos base disolvente y base agua son eficaces los poliacrilatos y las poliolefinas ya que estos sistemas ya tienen una tensión superficial baja. Los polidimetilsiloxanos puros tienen unas propiedades de compatibilidad muy exigentes que dan lugar a la aparición de efectos secundarios como la formación de esteres. Los sistemas ms equilibrados, en lo que se refiere a compatibilidad e incompatibilidad, se dan con los polisiloxanos modificados orgánicamente. Las modificaciones con flor provocan una disminución aúnn mayor de la tensión superficial. Para sistemas base agua es posible usar una gama ms amplia de productos químicos debido a la mayor tensión superficial de estos sistemas. As, por ejemplo, también son muy efectivos los aceites minerales y las siliconas. Es importante considerar el momento de la incorporación del antiespumante a la pintura. Ya que los antiespumantes no son solubles en el sistema es necesario conseguir una buena distribución de la substancia activa. Para ello es necesario controlar el tiempo y la velocidad de mezclado o de lo contrario se puede provocar  la formación de cráteres y/o se puede perder eficacia antiespumante. Antiespumante en partículas apropiado para ser usado en composiciones detergentes en polvo, comprende un agente activo antiespumante de aceite de silicona absorbido por partículas de un vehículo solido. Las partículas están recubiertas con un 7 a un 15% en peso de los gránulos antiespumantes recubiertos de un polímero orgánico que es soluble en solución acuosa alcalina. con lo cual, se evita la migración de la silicona desde el vehículo inorgánico solido, manteniendo estable el detergente durante el almacenamiento, pudiendo suministrarse totalmente y con facilidad a una maquina lavadora, logrando al mismo tiempo un licor de lavado con una espumacion uniformemente controlada, para el buen funcionamiento de la misma.

3.4. Aplicaciones. El antiespumante en polvo, antiespumante para aceites, antiespumante para agroquímicos, antiespumante para la industria papelera, antiespumante para pinturas al látex y antiespumante para tratamiento de efluentes. Durante la producción y aplicación de las pinturas la aparición de espuma es un efecto secundario indeseado que provoca el aumento del tiempo de producción, dificulta el llenado de los envases con la cantidad correcta de producto y provoca defectos de superficie como los cráteres y zonas de fractura en la película seca. En los líquidos puros las espumas no son estables. Las espumas sólo son estables en sistemas que contengan substancias que actuen como agentes tensoactivos. Tal es el caso de los agentes humectantes o de ciertos aditivos para el control de la superficie necesarios para mejorar las propiedades importantes de la pintura. Todos estos agentes tensoactivos tienen en común su capacidad para migrar a la interface aire/líquido de la pintura, reduciendo as la tensión superficial. La espuma se forma al quedar atrapadas burbujas de aire producidas durante las diversas fases de la fabricación y el uso de una pintura como el bombeo, la agitación, la dispersan y la aplicación. La interface aire-líquido de estas burbujas está rodeada por los agentes tenso activos presentes en la pintura que debido a su baja densidad emigran a la superficie. Durante este proceso, las burbujas pequeñas se pueden combinar para formar otras ms grandes que suben ms rápidamente. Las burbujas se acumulan en la superficie deformándose a s mismas y a la superficie de la pintura. El aire queda atrapado por la formación de una lamela estabilizada por la presencia de los agentes tensoactivos. Sin ellos, el líquido se escurrirá provocando el adelgazamiento de esta lamela hasta que se produjese su rotura. La acción de los antiespumantes ocurre principalmente en la lamela estabilizada. Por lo tanto los antiespumantes deben ser insolubles en la pintura y poseer la movilidad suficiente que le permita penetrar en la lamela y desplazar el agente tensoactivo presente en su interface. 4. CAPILARIDAD 4.1. Propiedades. La-capilaridad-es una propiedad de los-líquidos-que depende de su-tensión superficial-(la cual a su vez, depende de la cohesión o-fuerza intermolecular-del líquido), que le confiere la capacidad de subir o bajar por un-tubo capilar. Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la-fuerza intermolecular-(o cohesión intermolecular) entre sus moléculas es menor a laadhesión-del líquido con el material del tubo (es decir, es un líquido que-moja). El líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Eeste es el caso del-agua, y esta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las-plantas, sin gastar energíaa para vencer la gravedad. Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es ms potente que la adhesión al capilar (como el caso del-mercurio), la tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior, y su superficie es convexa. 4.2. Proceso.

Si en un recipiente que contenga líquido se introducen dos tubos de diferente diámetro, se observa que en el de mayor diámetro el nivel del líquido es el mismo que el del recipiente; sin embargo, en el tubo de un diámetro mucho menor, el líquido asciende debido a la tensión superficial.

02

A menor diámetro, mayor altura alcanza el líquido. Esto es, el diámetro está en proporción inversa a la ascensión capilar del líquido.

Igualmente, si se sustituye el tubo pequeño por dos tubos encajados el uno dentro del otro con una holgura muy pequeña, se observa que el líquido sube por el espacio entre ambos tubos. Ésta es la situación que se da en la unión entre un tubo 03 y un accesorio. Este fenómeno de capilaridad que se produce con el líquido, es el mismo que el que tiene lugar con los metales en estado de fusión; su aplicación práctica constituye la soldadura por capilaridad. 4.3 Aplicaciones La acción capilar es esencial para el drenaje de constante producido-rotura-líquido del ojo.-Dos canalículos de diametro pequeño están presentes en la esquina interna del-parpado, también llamado conductos lagrimales, sus aberturas se pueden ver a simple vista dentro de los sacos lagrimales. La capilaridad consiste en absorber algo y luego drenarlo. Como una-toalla de papel-absorbe el líquido a través de la acción capilar, lo que permite un fluido que se transfiere de una superficie para la toalla.-Los pequeños poros de una-esponjaactúan como paqueos capilares, provocando que absorban una gran cantidad comparativamente de líquido.-En algunos deportes modernos se usan telas con estas propiedades para absorber el sudor del deportista. La acción capilar se observa en-cromatografía en capa fina, en el que se mueve verticalmente hacia arriba el disolvente en una placa a través de la acción capilar.-Lo solutos disueltos viajan con por disolvente a distintas velocidades en función de su afinidad por el disolvente (fase móvil) o la capa absorbente en la placa (la fase estacionaria).

Con algunos pares de materiales, tales como-el mercurio-y el vidrio, la-fuerzas intermoleculares-dentro del líquido son superiores a las existentes entre el sólido y el líquido, por lo que una convexa a-formas de menisco y la acción capilar  funciona a la inversa. BIBLIOGRAFIA

http://www.quiminet.com/ar0/ar_aasdRsDFadddsa-los-tensoactivos-y-suclasificacion.htm http://patentados.com/patentes/A01N25/30.html http://ciencianet.com/detergente.html http://portal.semarnat.gob.mx/tramites/gestionambiental/Materiales%20y %20Actividades%20Riesgosas/sitioscontaminados/GTZ/E-Clasificacion%20de %20Tensoactivos.pdf  http://www.euroresidentes.com/jardineria/sistemas_de_riego/riego/riego_en_casa/ capilaridad.htm http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/ap/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/ap -fisquim-farm13/c19.2.html http://www.elcobre.com/index.php? option=com_content&view=article&id=72&Itemid=86 BOHINSKI, Robert C. Bioquímica. Editorial Adisson Wesley. Quinta edición. Pg4 46 http://eindustria.com/ar1/ar_zgtRsDFvcd-los-antiespumantes-de-silicona.htm http://www2.nynas.com/naph/start/article.cfm?Art_ID=229&Iss_ID=64 http://www.artisam.org/descargas/pdf/ANTIESPUMANTES.pdf