PRACTICA 3 LOS TENSOACTIVOS Y SU COMPORTAMIENTO EN LA INTERFASE SOLIDOLIQUIDO I. Objetivos: -Identificar los tipos de tensoactivos -Determinar la capacidad espumante en agua blanda, media y dura. -Determinar la concentración micelar critica II. Fundamentos Se llaman tensoactivos o productos tensoactivos de superficie a las sustancias que tienen la cualidad de modificar la tensión superficial de los líquidos en los cuáles se disuelven y como consecuencia, la tensión interfacial entre el disolvente del tensoactivo y las materias insolubles en él. El caso más frecuente es el de la modificación de la tensión superficial del agua y la interfacial entre el agua y las grasas, ceras, partículas sólidas, etc., ya que es precisamente el agua el disolvente más abundante y los procesos húmedos los más frecuentes. La modificación que los productos tensoactivos efectúan en la tensión superficial e interfacial es la causa que produce los fenómenos de humectancia, emulsificación, suspensión y detergencia. En forma general se puede decir que los compuestos tensoactivos tienen en su molécula una parte hidrofílica con afinidad y solubilidad en el agua y una parte lipofílica o hidrofóbica, con afinidad y solubilidad en las grasas u otros líquidos insolubles en agua o simplemente con repelencia al agua. Estos componentes de la molécula establecen una orientación específica de la misma en la interfase del agua y cualquier otro material. La parte hidrofílica se orienta hacia la fase acuosa y la lipofílica hacia la fase no soluble en ella. Ambas partes de la molécula ejercen fuerzas sobre la interfase y la resultante de las mismas establece el fenómeno final que puede ser: humectación, emulsificación, suspensión y detergencia.
Carácter químico Las moléculas de los tensoactivos, dependiendo de que se disocien o no en solución acuosa pueden ser: iónicos (disociables en agua) y no iónicos (no disociables en agua). Los tesoactivos iónicos están constituidos por una parte orgánica de alto peso equivalente y una inorgánica u orgánica pero de bajo peso equivalente, que al disociarse se separan produciendo radicales con carga eléctrica. Cuando la carga del radical orgánico de alto peso equivalente, que es la parte hidrofóbica de la molécula es negativa, el
compuesto se denomina “tensoactivo aniónico” y cuando es positiva se le llama “tensoactivo catiónico”.
Tensoactivos aniónicos.A este tipo pertenecen los primeros desarrollados industrialmente por el hombre: los jabones. Posteriormente el avance de la tecnología llevó a la investigación y a la elaboración de otros tensoactivos aniónicos que no adolecen de los defectos de los jabones, especialmente por su pobre resistencia a las aguas duras, lo cual hace que disminuya sensiblemente su efectividad cuando se usan con aguas de alta dureza. Los tensoactivos aniónicos han tenido un desarrollo espectacular en la industria de los detergentes domésticos, industriales y cosméticos. R-O-SO3X Alquil Sulfatos R-C6H4-SO3X Alquil Aril Sulfonatos Tensoactivos catiónicos.- Los tensoactivos catiónicos combinan frecuentemente cualidades bactericidas que los hacen especialmente útiles para algunas aplicaciones especialezadas. Por otro lado su elevado costo comparado con los aniónicos limita las posibilidades de un uso más extenso. Un ejemplo típico representativo de este grupo son las sales cuaternarias de amonio: (R) 4NX . En la industria de suavizantes de telas y la cosmética tienen gran aplicación. Tensoactivos no iónicos.- Al igual que los catiónicos, los no iónicos han sido producto del desarrollo de la síntesis orgánica con una amplísima variedad. Los ésteres de ácidos grasos, las amidas grasas y los derivados del óxido de etileno son los de mayor consumo a nivel mundial. Las amidas grasas se emplean en la industria textil y de los cosméticos principalmente y los derivados de óxido de etileno se usan para shampoos y productos de limpieza en general. Es importante puntualizar que los derivados etoxilados son en la actualidad los más importantes tensoactivos no iónicos y están altamente industrializados en los países que disponen de recursos petroquímicos. Son sumamente económicos y no son afectados en absoluto por la dureza del agua ni la presencia de productos aniónicos o catiónicos. Químicamente son casi inertes en sus soluciones y son más biodegradables que los Alquil Aril Sulfonatos. R-O-CH2-O-CH2-CH2-O-…CH2-CH2-OH Dónde R es un radical Alquil Fenol, alcohol graso o ácido graso.
III. Protocolo de investigación Investigar los siguientes conceptos 1.-Agente humectante 2.-Repelencia al agua 3.-Detergencia y su mecanismo 4.-Aditivos de los detergentes 5.-Grado de disociación micelar 6.-¿En base a qué parámetros se clasifica el agua dura, media y blanda? 7.-¿Cómo se clasifican las espumas? 8.¿En que consiste el método conductimétrico para determinar la CMC?
IV. Desarrollo experimental a) Material y reactivos -
Bomba para pecera 4 probetas de plástico de 500 ml 4 vasos de precipitados de 100 ml 3 vasos de precipitados de 250 1 probetas de vidrio 100 ml 1 pipeta de 5 ml 1 pipeta de 1 ml Aceite vegetal Agua destilada Agua del grifo Agua mineralizada desgasificada Detergente líquido de lavandería Lauril sulfato de sodio Bromuro de hexadeciltrimetilamonio Parrilla con agitación Imán para agitación Termómetro Medidor de pH para determinar conductividad
b) Secuencia experimental Capacidad espumante b.1 Preparar soluciones al 0.5% en peso de los siguientes tensoactivos empleando agua destilada para su disolución -Lauril sulfato de sodio (aniónico) -Bromuro de hexadeciltrimetilamonio, CTAB(Catiónico) -Detergente líquido de lavandería (Aniónico)
b.2 En cada probeta de 500 ml colocar 50 ml de agua destilada, adicionar 0.5 ml de cada solución, dar 5 ciclos de agitación (1min/ciclo) y anotar el volumen de espuma generado, así como las características de la espuma. b.3 Siga agregando la misma cantidad de tensoactivo deteniéndose hasta que el volumen de espuma generado haya alcanzado 500 ml, tomar el tiempo total en alcanzar ese volumen de espuma. b.4 Con el volumen máximo generado de espuma agregar una gota de aceite vegetal por medio de una pipeta Pasteur y dar cinco ciclos de agitación; anotar el nuevo volumen de espuma. b.5 Suspender la adición de gotas de aceite hasta el abatimiento de la espuma. b.6 Elabore gráficas de los ml de solución vs. volumen generado de espuma para cada tipo de agua en cada gráfica los 3 tensoactivos. b.7 Elabore gráficas del número de gotas de aceite vs. volumen abatido de espuma para cada tipo de agua incluyendo en cada gráfica los 3 tensoactivos. Concentración micelar crítica (CMC) b.1 Preparar 100 ml de CTAB en agua destilada a la concentración 0.005 M b.2 Colocar 20 ml de la disolución anterior en un matraz, agitar suavemente. Tomar la lectura inicial de conductividad b.3 Añadir 5 ml de disolvente (H2O destilada), estabilizar por 1 min, leer la conductividad, completar 10 lecturas. b.4 Posteriormente añadir 2 ml hasta, estabilizar por 1 min y completar otras 10 lecturas de conductividad, determinar la concentración (C) en cada adición de la siguiente manera: C= (V0C0) (V0+V)
b.5 Registrar la conductividad en dos tablas separadas, para cada volumen añadido (5 y 2 ml), ajustar los datos a dos rectas (regresión lineal), obtener el valor de “x” a partir de las dos ecuaciones obtenidas (CMC). Igualar las dos ecuaciones para obtener el valor de “x”
b.6 La diferencia de velocidad de aumento de la conductividad de la disolución (pendiente de la recta) nos permite calcular el grado de disociación micelar != (m1/m2)
V. Análisis de resultados 1.- Discutir como influye el tipo de agua utilizada en la actividad espumante de los tensoactivos, use las gráficas para concluir. 2.- Explique de acuerdo a sus resultados, si existe relación entre las características iónicas de los detergentes con su capacidad de formación de espuma y la resistencia de esta ante agentes antiespumantes 3.- Comparar el resultado experimental obtenido de la CMC con el de la literatura para el CTAB indicando a que le atribuye la diferencia. 4.- Realice las conclusiones en base a los objetivos planteados
