Dinamica de adsorcion de surfactantes

[pic 1]

PRE-INFORME DE LABORATORIO

Dinámica de adsorción de surfactantes

Grupo F

Integrantes:                        Fernando Jaque, líder de grupo

                                                                Martín Miguieles

                                                                Aylen Llanquileo

Manuel Quiroz

Profesor responsable:        Pedro Toledo

Alumno ayudante:                Víctor Guzmán

1. Resumen

1. Summary

Índice

Resumen        2

Summary        2

Introducción        3

Fundamento Teórico        4

Objetivos        7

Metodología        8

Tratamiento de Datos        10

Resultados y discusión        11

Conclusiones        11

Anexo        11

Referencias        11

1. Introducción

Los surfactantes o tensoactivos (llamados así por su capacidad de interactuar en la interfase de un sistema) son sustancias importantes en industrias tales como la minería, celulosa y papel, petrolera, farmacéutica y tratamiento de aguas, etc., debido a su capacidad de modificar las características de la interfase de un sistema. Su uso se extiende, donde sea que se necesite mejorar la miscibilidad entre diferentes fases.

La efectividad de un surfactante, está determinada por su habilidad para reducir la tensión superficial de un líquido.  El uso de estos materiales, está estrechamente relacionado a propiedades esenciales de estos como la asociación/disociación molecular, permitiendo la formación de agregados organizados llamados micelas, que se forman cuando la concentración del surfactante alcanza un punto conocido como concentración micelar crítica (CMC). Una vez alcanzado este punto, posteriores adiciones del surfactante, no provocarán mayor disminución en la tensión superficial. Debido a este último aspecto y que estos materiales pueden llegar a tener un alto costo, se ha visto la necesidad de determinar cada vez con mayor precisión la CMC del surfactante en los diferentes solventes, a modo de usar una cantidad óptima del tensoactivo, evitando pérdidas económicas innecesarias.

En el presente informe, el método para calcular la concentración micelar crítica, será mediante el método de la placa de Wilhelmy, midiendo datos de tensión superficial en función del logaritmo de la concentración del surfactante.

En conclusión, la CMC, es importante debido a que probablemente, es el medio más simple de caracterizar el comportamiento de un determinado surfactante, lo cual entrega datos de su rendimiento industrial y actividad biológica.

1. Fundamento Teórico

Tensión superficial

        Usualmente, se define la tensión superficial como el trabajo requerido para aumentar el área unitaria de una superficie, de manera reversible e isotérmica. Para entender esto, supongamos un sistema que contiene un líquido  y otro fluido ; para el cual se produce una resistencia de las moléculas que se encuentran en la superficie A que une ambas fases, que impide que atraviesen entre una y otra. Esto se debe a que las fuerzas de atracción entre las moléculas de un mismo medio son fuertes, y tienden a repelerse con las moléculas de la otra fase. Este fenómeno se acentúa mientras más heterogéneo sea el par de fluidos. Para poder desplazar la superficie un cierto grado dA, se requiere una cierta energía dw, y de acuerdo con la teoría, para un sistema cerrado tenemos:[pic 2][pic 3]

 (1)[pic 4]

Así,  es una relación entre estas dos variables. A pesar de que no habrá distinción fundamental entre los términos superficie e interfase, es usual llamar a esta cantidad como  tensión interfacial para el límite entre dos fases líquidas y tensión superficial para el límite entre las fases líquido y gas.[pic 5]

A continuación, el efecto debido a la presencia de moléculas surfactantes puede ser estudiada a través del análisis de la energía interna en el sistema y en particular en la interfase. Se realizará un análisis termodinámico simplificado que nos permita explicar nuestro experimento. Combinando la ecuación (1) con la segunda ley de la termodinámica y la definición de energía interna se obtiene:

 (2)[pic 6]

Donde i son las especies añadidas al sistema. Para un sistema donde i = 1, analizando la superficie interfacial e integrando desde un estado de energía cero, se obtiene:

(3),[pic 7]

De la derivada total de (3):

 (4),[pic 8]

Combinando (4) con (2) , y simplificando términos por temperatura constante, se obtiene:

(5)[pic 9]

Lo cual es análogo a la ecuación de Gibbs-Duhem. Luego, se define la concentración superficial , y se obtiene entonces.[pic 10]

 (6),[pic 11]

Para un sistema muy diluido, podemos estimar , donde R es la constante de los gases, T es la temperatura del sistema, c es la concentración del surfactante y c0 = 1 mol/L, y se obtiene finalmente,[pic 12]

(7)[pic 13]

        Con lo cual se puede determinar el número de partículas de surfactante depositadas en la superficie, a través de la estimación de la Concentración Micelar Crítica (CMC) [1].

Tensión superficial

Los surfactantes, también llamados tensoactivos, son agentes anfifílicos (contienen un grupo polar y otro apolar) que actúan en la superficie de contacto de dos fluidos insolubles bajando la tensión superficial de uno, haciendo que sea más soluble en el otro fluido. [2] La tensoactividad, es un fenómeno dinámico, dado que el estado final de la superficie o interfase, representa un balance entre la tendencia hacia la adsorción (en la superficie, formando una capa monomolecular o monocapa) y el ingreso de las moléculas al seno del fluido, debido a movimiento térmico de las moléculas.

Tal como se muestra en la figura 1, los surfactantes constan de dos partes, una parte hidrofílica, generalmente llamada cabeza, la cual es soluble en agua, y una parte hidrofóbica, llamada cola, insoluble al agua.

[pic 14]

Figura 1. Representación de una molécula de surfactante (molécula anfifílica).

La relación de tamaño cabeza y cola es arbitraria.

La clasificación de surfactantes se mide a través de   su disociación en agua, los cuales son:

Surfactante aniónico: son disociados en agua a un grupo cargado electronegativamente el cual hace que la disolución tome un carácter normal a alcalina. Son los más fáciles de conseguir, baratos de desarrollar y pueden ser utilizados como detergente, agentes espumantes, emulsionantes, agentes antiestáticos, entre otros.

Surfactante catiónico: al disociarse en agua generan iones positivos el cual hace que la disolución tome aspectos de neutros a ácidos lo cual hace que en medios ácidos tenga una buena actividad en la interfase, pueden perder esta actividad en medios básicos. Los surfactantes catiónicos son más difíciles de producir y los hace más especiales. Utilizados usualmente para esterilización, oxidación, corrosión y flotación mineral.

Surfactantes anfóteros: estos surfactantes actúan en medios ácidos o base y pueden disociarse en cationes y aniones. Éste tipo de surfactante tiene una baja toxicidad y buena biodegradabilidad lo cual los hace especiales para el uso cosmético en contacto con la piel, como en shampoo, crema, lociones e industrialmente utilizados en la descalcificación

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