BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA
FACULTAD DE CS. QUÍMICAS.
LICENCIATURA EN QUÍMICO FARMACOBIOLOGO.
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA III. HILDA LIMA LIMA. HORARIO: JUEVES 13:00-15:00 HORAS.
PRACTICA 3: “Determinación de la concentración micelar critica.”
FECHA DE DE REALIZACION: REALIZACION: 20 FEBRERO 2018. FECHA DE ENTREGA: 8 marzo 2018.
EQUIPO 1: JESÚS ENRIQUE DE LA LUZ ROSAS. SAYDI MAGALI SANCHÉZ PÉREZ.
PRIMAVERA 2018
Introducción Hay muchas maneras de caracterizar tensoactivos, pero sin duda la más marcada ha sido la concentración micelar crítica (CMC). A lo largo de la práctica se determinara la CMC del surfactante aniónico, en este caso escogido al azar: DSS (Dodecilsulfato sodio). La CMC de cada una de las sustancias es única, y ese es el secreto para el uso industrial; en los detergentes, es de suma importancia estudiar tanto el tema de CMC, como el de tensión superficial, ya que van de la mano, y de estas dos propiedades, depende la textura, poder surfactante, y propiedades químicas del producto final deseado. Para lo anterior y subsecuente, es importante definir que es la CMC, en resumen se llama así a la concentración mínima de surfactante a partir de la cual se forman micelas espontáneamente en una disolución La concentración micelar crítica es una característica de precisión para cada sustancia, nos indicará que tan buen surfactante es y la relación que tiene con su tensión superficial. Y se puede identificar por muchos métodos, entre ellos están: conductividad, concentración, resonancia magnética nuclear, etc.
Es fácil detectar las micelas, ya que tienen una zona de discontinuidad en su variación, es decir a determinada concentración, la tensión se mantiene casi constante y vuelve a subir, es aquí cuando sabemos que están apareciendo las primeras micelas. Casi todos los métodos o si no, los más socorridos, se basan en la variación de la tensión superficial y de la conductividad electrolítica de las soluciones (sólo surfactantes iónicos); ya que la micelización, se manifiesta en la mayoría de los casos, por la aparición de una inflexión en las curvas de la variación de los parámetros físico –químicos, con la concentración de las sustancias tensoactivas. Hay dos principios que debemos mantener en mente: 1.- Las tensiones superficial e interfacial de un sistema que contiene un surfactante puro no varían cuando la concentración de este último sobrepasa su CMC; en otros términos, se puede decir que un exceso de micelas no cambia en nada la actividad superficial o interfacial. Sin embargo, la magnitud de los fenómenos de solubilización micelar varía con la cantidad de micelas. 2.- Debajo de la CMC, las propiedades termodinámicas de las soluciones de surfactante (presión osmótica, descenso crioscópico, etc) siguen leyes ideales o regulares del mismo tipo que aquellas de las soluciones que contienen un soluto de gran dimensión molecular. Por el contrario, encima de la CMC se observa un comportamiento fuertemente no-ideal y una actividad casi constante; en ciertos casos extremos, se pueden aún obtener estructuras de tipo gel o cristal líquido, con apenas algunos. Dada su definición, es casi obvio que la aplicación en la industria farmacéutica es de suma importancia, así como su uso como sistemas imitadores del comportamiento de sistemas biológicos, por esa razón es fundamental el estudio de este tipo de sistemas a diferentes condiciones. Hay dentro de la CMC factores que promueven las interacciones y aquellos que detienen la micelización, para la minimización de las interacciones entre la parte lipofílica del surfactante y el agua, corresponde al efecto hidrófobo
que favorece la asociación de las moléculas en una micela. Cuando más importante la parte lipofílica o hidrófoba del surfactante, mayor será la producción de micelas y por lo tanto el CMC bajará. Por el otro lado están las interacciones que desfavorecen la formación de micelas, son de dos tipos. Primero aquellas que ayudan la solubilización monomolecular del surfactante en el agua, básicamente por efecto de solvatación del grupo polar. Mientras más polar éste grupo, menor la tendencia en formar micelas y mayor CMC. El otro efecto negativo para la creación de micelas es debido a las interaccion es de tipo electrostático que resultan de la repulsión entre las partes hidrofílicas de las moléculas de surfactantes asociadas en las micelas. Haciendo con esto, que si las fuerzas de repulsión son demasiado grandes, las moléculas no pueden acercarse suficientemente para que se produzca la interacción hidrófoba entre grupos lipofílico y por tanto el CMC baja.
HIPÓTESIS. Al realizar la práctica se espera que, conforme se disminuya la concentración de nuestra solución la tensión superficial de esta vaya en aumento, por lo cual al realizar el conteo de gotas se deberá obtener una cantidad cada vez mayor, en cuanto a la densidad se espera que decrezca.
METODO EXPERIMENTAL. Por conteo de gotas o estalagmómetro.
DATOS EXPERIMENTALES. TEMPERATURA DE TRABAJO TEMPERATURA DE TRABAJO
21.5°C 20°C
1) Explique cuál es el uso de sustancias de superficie activa. de 5 ejemplos con su correspondiente aplicación: Los tensoactivos son elementos de suma importancia en la fabricación de detergentes y shampoos, entre otros productos de limpieza. Estas sustancias intervienen en la tensión superficial de los líquidos, funcionando como emulsionantes o emulgentes, es decir, mantienen la emulsión de una sustancia constante. Actualmente, los tensoactivos se producen a partir de las fuentes naturales por extracción, los cuales son aceptados en la biología y la cosmética. Las propiedades de los tensoactivos se les atribuyen a su estructura atómica. Además, tienen la cualidad de que cuando están al contacto con el agua, sus moléculas se orientan, de forma que su parte hidrofílica se encara al aire formando burbujas Existen múltiples usos y aplicaciones para los tensoactivos, entre los cuales destacan: 1) Aditivo en la formulación de detergentes líquidos, debido a que aumenta y mejora la espuma, viscosidad y el poder detersivo. 2) Aditivo en la formulación de shampoo para cuerpo y cabello así como en acondicionadores. Una de las principales ventajas de los tensoactivos es que son compatibles con la piel, ya que no son irritantes
3) La industria de extracción y transformación del petróleo emplea tensoactivos en la limpieza de los tanques de almacenamiento para incrementar la solubilidad de hidrocarburos no miscibles en fases acuosas, tales como pentano, hexano, ciclohexano, octano, dodecano, hexadecano, tolueno y naftaleno. 4) En el sector alimenticio han sido utilizados en la estabilización de materias primas, la solubilización de aromas y como modificadores de las características reológicas de productos derivados de la carne. 5) Los tensoactivos también han encontrado nichos en industrias tales como la metalúrgica (espumantes, lubricantes y anticorrosivos), de productos de limpieza (agentes espumantes y limpiadores), papelera (dispersante y lavado), pinturas (emulsiones, dispersión de pigmentos, estabilizador de caucho y retardador de sedimentación), textil (detergente, emulsificante y dispersante) y de plásticos (solubilizador y emulsificador de monómeros).
2) Explique lo que es una micela: Una micela es una formación geométrica de moléculas que tienen una “Cabeza polar” y una “Cola” de naturaleza no polar adheridas a una partícula o glóbulo de una sustancia que se encuentra en un medio en el cual no es soluble.
3) Explique que es una sustancia anfifílica: Las moléculas anfifílicas son aquellas moléculas que poseen un extremo hidrofílico o sea que es soluble en agua y otro hidrófobo o sea que rechaza el agua.
4) Explique lo que es tension superficial: Se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria par a aumentar su superficie por unidad de área. Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Termodinámicamente es un fenómeno de superficie y es la tendencia de un líquido a disminuir su superficie hasta que su energía de superficie potencial es mínima.
5) Investigue las diferentes representaciones esquemáticas de micelas.
6) Calcular la tensión superficial para cada muestra a partir de la siguiente expresión:
= [][] Donde:
= Tensión superficial del liquido problema. = Tensión superficial del liquido estándar. =Num. De gotas del liq. Estándar. = Num. De gotas del liq. problema. =Densidad del liquido problema. =Densidad del liquido estándar.
*De la solución 12 a la 24, la temperatura de trabajo fue 20°C. Mientras que la temperatura de trabajo para las soluciones 0 a la 11 fue de 21.5°C.
Tensión superficial del agua
a 21.5°C 72.8689 masa agua
densidad liq. Pro
Solución
Pic+ dodecil
pic + h20
pic vacio
masa dodec
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
23.567 23.5842 23.611 23.5976 23.606 23.6005 25.974 25.954 25.956 25.966 25.968 25.973 25.038 25.0442 25.041 25.055 25.0576 25.0591 23.581 23.5826 23.5816 23.5806 23.5775 23.5739 23.5698
23.5916 23.5916 23.5916 23.5916 23.5916 23.5916 25.9 25.9 25.9 25.9 25.9 25.9 25.0584 25.0584 25.0584 25.0584 25.0584 25.0584 23.5846 23.5846 23.5846 23.5846 23.5846 23.5846 23.5846
12.823 12.823 12.823 12.823 12.823 12.823 15.13 15.13 15.13 15.13 15.13 15.13 15.179 15.179 15.179 15.179 15.179 15.179 12.805 12.805 12.805 12.805 12.805 12.805 12.805
10.744 10.769 0.9977 10.7612 0.9993 10.788 1.0018 10.7746 1.0006 10.783 1.0013 10.7775 1.0008 10.844 10.77 1.0069 10.824 1.0050 10.826 1.0052 10.836 1.0061 10.838 1.0063 10.843 1.0068 9.859 9.8794 0.9979 9.8652 0.9986 9.862 0.9982 9.876 0.9997 9.8786 0.9999 9.8801 1.0001 10.776 10.78 0.9997 10.7776 0.9998 10.7766 0.9997 10.7756 0.9996 10.7725 0.9993 10.7689 0.9990 10.7648 0.9986
gotas
55 57 60 63 65 67 42 41 41 40 41 40 63 61 60 59 58 57 57 56 53 55 49 42 32
a 20°C 73.12 gotas agua (promedio)
29
18.5
25
26
densidad agua
0.9951 0.9951 0.9951 0.9951 0.9951 0.9951 0.9951 0.9951 0.9951 0.9951 0.9951 0.9951 0.9953 0.9953 0.9953 0.9953 0.9953 0.9953 0.9953 0.9953 0.9953 0.9953 0.9953 0.9953 0.9953
TS LIQ PROB
38.5228 37.2306 35.4572 33.7268 32.7145 31.7218 32.4767 33.2074 33.2136 34.0754 33.2504 34.0974 29.092694 30.065448 30.556624 31.118646 31.663508 32.2239 33.49929 34.102555 36.029545 34.716158 38.955905 45.433368 59.608593
7) Buscar los valores de la tensión superficial del agua destilada utilizada a la temperatura del trabajo experimental, reportada en la literatura. *Datos tomados de la práctica anterior (practica 3). Trabajando con la regresión lineal de la grafica, introdujimos los valores de las temperaturas de trabajo. R² = 0.9969 y= -0.1674(21.5°C) + 76.468 = 72.8689
Agua T°C T.S 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
76.2 74.8 72.8 71.8 70.1 68.2 66.8 65 63 61.2 59.4
y= -0.1674(20°C) + 76.468 = 73.12 y = -0.1679x + 76.468 R² = 0.9969
Tensión Superficial Agua ) 90 M80 C / S 70 A N I 60 D ( L 50 A I 40 C I F 30 R E P 20 U S 10 N O I 0 S 0 N E T
T.S Linear (T.S)
20
40
60
80
100
120
T° C
8) Calcule su porcentaje de error relativo con respecto al valor reportado en la literatura. A 25°C la concentración micelar critica del dodecilsulfato de sodio es de 8.2 mM.
∗ 100 % =
% = −24.659−8.2 8.2 *100= -3034.86
9) Represente la TS en función del log de la [] del dodecilsulfato de sodio en mM. Y determinar la CMC a partir del gráfico.
TENSION SUPERFICIAL vs LOG [ ]
y = -11.591x + 49.116 R² = 0.4705
70 ) m60 c / s a 50 n i d ( l 40 a i c i f r e 30 p u s n 20 o i s n e t 10
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1 Log [] mM
ts
Linear (ts)
1.2
1.4
1.6
1.8
log
1.60205999 1.58433122 1.56584782 1.54654266 1.52633928 1.50514998 1.48572143 1.4635944 1.43964843 1.38738983 1.3586961 1.32797162 1.29490691 1.25911584 1.22010809 1.17724784 1.12968989 1.07627626 1.01535976 0.94448267 0.85973857 0.75434834 0.61489722 0.40823997
Y = -11.591x + 49.116 Y= -11.591(21.5) + 49.116 Y=-240.0659
Discusión de resultados. De acuerdo con los resultados obtenidos se pudo observar que hubo un error muy grande y significativo entre los datos reportados en literatura, pudo haber sido que la medición de gotas de las soluciones problema fue incorrecta, pues los valores varían mucho. Otro error que consideramos está implícito en el proceso de esta practica es que las concentraciones fallaran al momento de prepararlas. Es por eso que los cálculos tienen un rango de diferencia muy grande entre ellos.
Conclusión. Al finalizar la práctica y realizar los cálculos correspondientes se obtuvo la CMC del dodecilsulfato de sodio dado un resultado de -3034 y que al compararlo con el valor teórico y obtener el porcentaje de error podemos observar que la diferencia es muy elevada, por lo cual se deduce que el procedimiento fue realizado de manera incorrecta.
Bibliografía
