INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGA

JOS ANTONIO ANZOTEGUI

EL TIGRE EDO. ANZOTEGUI

SURFACTANTES

Profesor(a): Autores

Lcda. Leidys Salazar TSU. Cabrera, Marcos

TSU. Cairo, Maringel

Materia: TSU. Campos, Nora

Formulaciones TSU. Centeno, Milagros

TSU. Guevara, Daysvelis

TSU. Marcano, Diomedes

TSU. Pino, Chemir

TSU. Ramos, Yesenia

El Tigre, Julio 2012

NDICE GENERAL

Surfactantes o Emulsionantes

Clasificacin de los Surfactantes

Caractersticas de los Surfactantes

Termodinmica

Tensin Superficial

Accin de los surfactantes

Espumas

Antiespumantes

ngulo de contacto

Viscosidad de los Surfactantes

SURFACTANTES

Surfactantes o Emulsionantes

Los surfactantes son sustancias complejas que se emplean para disminuir la tensin

interfacial entre la fase dispersa y la continua ya que cuanto menor es la tensin interfacial

entre las dos fases de una emulsin, tanto ms fcil es la emulsificacin.

Los surfactantes se dividen en inicos y no inicos. El surfactante inico consta de un

grupo lipfilo orgnico y un grupo hidrfilo. Los surfactantes inicos se subdividen en

aninicos y catinicos, segn sea la naturaleza del grupo activo. Ordinariamente se

considera que la porcin lipfila de la molcula es la porcin de actividad interfacial.

Como es de suponer, no son mutuamente compatibles los agentes aninicos y catinicos de

actividad interfacial, pues en virtud de las cargas inicas tienden a neutralizarse entre s y se

incapacita su actividad interfacial.

Los emulsivos no inicos son totalmente covalentes y no tienen ninguna tendencia a la

ionizacin. Por consiguiente, puede asociarse con otros agentes no inicos de actividad

interfacial y con agentes aninicos o catinicos. Los emulsivos no inicos son mas inmunes

contra la accin de electrolitos que los agentes aninicos de actividad interfacial.

La funcin del surfactante puede ser ilustrada de la siguiente manera:

Para lograr la formacin de gotas y su dispersin en agua, es necesario comunicarle al

sistema cierta cantidad de energa, dada segn la siguiente expresin:

Donde:

D G(fe) Energa de formacin de la emulsin, J

s Tensin interfacial, N/m

D A Variacin del rea interfacial, m2

D S(conf) Incremento de entropa debido al cambio de configuracin, J/K

T Temperatura, K

El trmino representa la energa requerida para expandir la interfase durante la

emulsificacin. En ausencia de surfactante, este trmino tiene un valor relativamente alto,

ya que s tiene un valor superior a 20 mN/m.

Para reducir la energa de emulsificacin es necesario disminuir la tensin interfacial, al

menos en un orden de magnitud, lo cual slo se consigue aadiendo al sistema una

sustancia con actividad interfacial, cuyas molculas se adsorban en la interfase bitumen

agua. El trmino , representa el aumento de entropa por cambios en la configuracin del

sistema, como resultado de la dispersin de un componente (bitumen) en un gran nmero

de gotas, dicho trmino es positivo y, por lo tanto, ayuda a la formacin de la emulsin. No

obstante, para el caso de macro emulsiones, es siempre mayor que por lo tanto D G(fe) es

siempre positivo implicando esto que el proceso de formulacin de emulsiones no es un

proceso espontneo (necesita energa). Como el proceso de emulsificacin no es

espontneo, las emulsiones son sistemas termodinmicamente inestables, por lo que debe

existir una barrera de energa que se oponga al rompimiento (separacin de fases); esto

implica que las emulsiones son estables slo desde el punto de vista cintico.

Agentes de actividad superficial

Los agentes activos superficiales o surfactantes (derivado del ingles surface active agents)

son molculas que contiene un segmento liposoluble (soluble en aceite) y otro hidrosoluble

(soluble en agua). La solubilidad parcial tanto en agua como en aceite permite al

surfactante ocupar la interfase.

Los agentes de actividad superficial son sustancias qumicas que reducen la tensin

superficial de los lquidos.

Los surfactantes pueden ser clasificados por la carga inica de la parte superficialmente

activa de la molcula. En los surfactantes aninicos, la carga molecular es negativa ; en los

catinicos, positiva ; en los no inicos, no hay carga y en los anfteros existen cargas tanto

positivas como negativas en la molcula.

Clasificacin de los Surfactantes

Agentes anionicos

Los surfactantes aninicos contienen generalmente uno de cuatro grupos polares solubles -

carboxilato, sulfonato, sulfato o fosfato - combinado con una cadena hidrocarbonada

hidrfoba. Si esa cadena es corta son muy hidrosolubles, y en caso contrario tendrn baja

hidrosolubilidad y actuaran en sistemas no acuosos como aceites lubricantes.

Dentro de esta clasificacin se encuentran compuestos como el alquil bencen sulfonato

lineal (LABS) objeto de este documento, los alquil sulfatos (AS) derivados principalmente

del petrleo, y de alta utilizacin en la industria de jabones y detergentes.

Agentes catinicos

Los surfactantes catinicos comnmente utilizados en detergentes, agentes limpiadores,

lquidos lavaplatos y cosmticos estn compuestos por una molcula lipoflica y otra

hidroflica, consistente de uno o varios grupos amonio terciarios o cuaternarios. Las sales

de cadenas larga de amonio terciarias, obtenidas por neutralizacin de las aminas con

cidos orgnicos o inorgnicos, son raramente usadas en detergentes y preparaciones para

limpieza. Su principal aplicacin est en el tratamiento de textiles y ocasionalmente como

suavizantes tipo rinse. En aplicaciones cosmticas, su aplicacin est restringida a

especialidades.

Las sales de amonio cuaternarias con un solo grupo alquilo (C12-C18), o dos grupos mas

cortos (C8-C10) son usados como sustancias activas antimicrobinos. Debido a su

capacidad para adsorber sobre fibras o cabello, los inicialmente mencionados sirven como

acondicionadores para el cabello.

Agentes no ionicos

En contraste a sus contrapartes inicas, los surfactantes no inicos no se disocian en iones

hidratados en medios acuosos. Las propiedades hidroflicas son provistas por hidratacin de

grupos amido, amino, eter o hidroxilo. Cuando existe un nmero suficiente de estos grupos

la solubilidad acuosa es comparable con la de los surfactantes inicos. Las aplicaciones son

extensas y dependen de la cantidad de grupos polares presentes, que determinaran la

solubilidad tanto en agua como en aceite (cuantificada en la prctica mediante el ndice

HLB, o balance hidroflico - lipoflico).

Caractersticas de los Surfactantes

Los tensoactivos se caracterizan por las siguientes propiedades:

Su tendencia a adsorberse en interfaces de un modo orientado, lo cual depende de la

superficie activa, de la estructura del surfactante, de la temperatura del disolvente y de

otras condiciones de uso.

Los factores estructurales promueven la adsorcin en la interface lquido/aire, lo cual

favorece a la micelizacin en la solucin acuosa, unos de los fenmenos que se ven

afectados por la absorcin en la interface lquido/aire es la disminucin de la tensin

superficial.

En la interface lquido/slido, se puede medir directamente la cantidad del surfactante

adsorbido en la interface, como una funcin de la concentracin en la fase lquida, cuando

el equilibrio tiende a ser alcanzado a una temperatura dada.

En las interfaces lquido/aire y lquido/lquido no es posible medir la concentracin del

surfactante adsorbido y por lo tanto la adsorcin en estas interfaces generalmente se

estudia midiendo la tensin superficial, respectivamente como un equilibrio de la

concentracin del surfactante en la fase lquida.

A muy bajas concentraciones los monmeros del surfactante adsorbido comienza

aglomerarse y formar tipos de micelas llamadas ad-micelas y hemi-micelas, dependiendo si

los agregados tienen una o dos capas de surfactante. Una vez que estas estructuras se

forman sobre la superficie del slido, la adsorcin de un surfactante adicional puede

rpidamente incrementar la bicaba del surfactante hasta cubrir la superficie slida.

La adsorcin del surfactante se determina al estudiar:

1. La concentracin del surfactante en la interface, nos indica cuanto de la interfase se

cubre con el surfactante. El comportamiento del surfactante en muchos procesos

interfaciales (emulsificacin, espumante, detergenca) depende de la concentracin en la

interfase.

2. La orientacin del surfactante en la interfase determina como podra afectarse por la

adsorcin del surfactante. Indica tambin cuando podra comportarse como ms hidroflico

o ms hidrofbico.

3. El cambio de energa en el sistema, G, H y S, es el resultado de la adsorcin, lo cual

nos da informacin sobre el tipo de mecanismo de algunas interacciones que envuelven al

surfactante en la interfase y la eficiencia de esta operacin como material de superficie

activa.

Termodinmica

Los parmetros termodinmicos estndares convencionales de adsorcin en una dilucin

infinita, G, H y S, son valores que se utilizan para propsitos tericos, pero a

menudo son valores limitados para sistemas reales.

Las propiedades termodinmicas de los surfactantes nos sirven para observar las

interacciones de Van Der Waals entre el grupo alquilo, la interaccin hidrofbica, las

repulsiones del hidrfilo y la configuracin del grupo espaciador, las cuales ocurren en

solucin. Estas propiedades tienen varias contribuciones.

a. La transferencia de los grupos alquilo del surfactante de un ambiente acuoso a uno

hidrocarbonado.

b. El cambio en la configuracin de la cadena alqulica

c. Las interacciones electrostticas y estricas en el grupo hidrfilo.

Los cambios en la solvatacin del grupo espaciador porque puede cambiar la configuracin

siempre que el espaciador sea lo suficientemente lineal, ya que ste podra doblarse dentro

del ncleo de la micela.

La energa libre de micelizacin (Gm ) es la energa de aglomeracin por mol del

monmero referido a un estado estndar de mezclado, el estado estndar de mezclado

corresponde a una mezcla de especies micelar en su respectivo estado.

La formacin de micela se puede describir por el modelo de separacin de fase, donde l

nmero de aglomeracin de micelas se considera suficientemente grande y por lo tanto las

micelas pueden ser tratadas como una fase.

El valor de la concentracin micelar critica (CMC) de un surfactante en solucin acuosa,

nos proporciona una medida de la energa libre de transferencia de un surfactante desde la

fase acuosa a un estado micelizado, lo cual es usado ampliamente para determinar la

energa libre de micelizacin (Gm ).

Gm=RTlnCMC

En donde:

R= 0.008314 J/molK

T= Temperatura K

Donde CMC esta expresada en mol/dm3 o en fraccin mol, esta se describe usualmente

como el modelo de separacin de fase de formacin micelar.

La Gm es tambin es considerada como la energa de transferencia de un surfactante

desde la fase acuosa a la pseudofase micelar.

La entalpa y entropa puede llevarnos a entender detalles moleculares y el manejo de las

fuerzas presentes en el proceso de aglomeracin de los surfactantes.

Las dos propiedades importantes de los surfactantes que deben ser medidas son:

Tensin superficial y la Concentracin micelar critica (CMC).

Tensin Superficial

Una molcula en el interior de un lquido est sometida a la accin de fuerzas atractivas de

cohesin en todas las direcciones, siendo la resultante de todas ellas una fuerza nula

(Resultante = 0). Pero si la molcula est situada en la superficie del lquido, est sometida

a la accin de fuerzas de cohesin que No estn balanceadas, cuya resultante es una fuerza

perpendicular a la superficie dirigida hacia el interior del lquido (Resultante 0), porque

son molculas que estn sujetas slo a la atraccin de las molculas de lquido del interior.

Es por ello que las molculas de la superficie tienen ms energa que las molculas

interiores y tienden a irse al seno del lquido; por tal razn, la superficie tiende a contraerse

o reducirse formando una tensin en la superficie u ocupar el rea ms pequea posible,

como si fuera una cama elstica, hacindose ms difcil penetrar en ella. De aqu sea

necesario consumir cierto trabajo para mover las molculas hacia la superficie venciendo la

resistencia de estas fuerzas.

Se define entonces cuantitativamente la tensin superficial como el trabajo que debe

realizarse para lleva molculas en un nmero suficiente desde el interior del lquido hasta

la superficie para crear una nueva unidad de superficie.

Propiedades

La tensin superficial suele representarse mediante la letra griega (gamma), o mediante

(sigma). Sus unidades son de Nm-1

=Jm-2

=Kg/s2=Dyn/cm

Algunas propiedades de :

> 0, ya que para aumentar el estado del lquido en contacto hace falta llevar ms molculas a

la superficie, con lo cual disminuye la energa del sistema y es

o la cantidad de trabajo necesario para llevar una molcula a la superficie.

depende de la naturaleza de las dos fases puestas en contacto que, en general, ser un lquido

y un slido. As, la tensin superficial ser igual por ejemplo para agua en contacto con su

vapor, agua en contacto con un gas inerte o agua en contacto con un slido, al cual podr

mojar o no debido a las diferencias entre las fuerzas cohesivas (dentro del lquido) y las

adhesivas (lquido-superficie).

se puede interpretar como un fuerza por unidad de longitud (se mide en Nm-1

). Esto puede

ilustrarse considerando un sistema bifsico confinado por un pistn mvil, en particular dos

lquidos con distinta tensin superficial, como podra ser el agua y el hexano. En este caso

el lquido con mayor tensin superficial (agua) tender a disminuir su superficie a costa de

aumentar la del hexano, de menor tensin superficial, lo cual se traduce en una fuerza neta

que mueve el pistn desde el hexano hacia el agua.

El valor de depende de la magnitud de las fuerzas intermoleculares en el seno del lquido.

De esta forma, cuanto mayor sean las fuerzas de cohesin del lquido, mayor ser su

tensin superficial. Podemos ilustrar este ejemplo considerando tres lquidos: hexano, agua

y mercurio. En el caso del hexano, las fuerzas intermoleculares son de tipo fuerzas de Van

der Waals. El agua, aparte de la de Van der Waals tiene interacciones de puente de

hidrgeno, de mayor intensidad, y el mercurio est sometido al enlace metlico, la ms

intensa de las tres. As, la de cada lquido crece del hexano al mercurio.

Para un lquido dado, el valor de disminuye con la temperatura, debido al aumento de la

agitacin trmica, lo que redunda en una menor intensidad efectiva de las fuerzas

intermoleculares. El valor de tiende a cero conforme la temperatura se aproxima a la

temperatura crtica Tc del compuesto. En este punto, el lquido es indistinguible del vapor,

formndose una fase continua donde no existe una superficie definida entre ambos,

desapareciendo las dos fases. Al haber solamente una fase, la tensin superficial vale 0.

En la siguiente tabla se recogen los valores de la tensin superficial del agua a distintas

temperaturas y la tensin superficial de otros lquidos, incluida una solucin jabonosa.

Como se puede observar, la tensin superficial disminuye con la temperatura.

Tensin Superficial de diversos lquidos

Sustancia Temperatura (C) Tensin Superficial (mN/m)

Agua 0 75,6

Agua 20 72,8

Agua 60 66,2

Agua 100 58,9

Aceite de oliva 20 32,0

Alcohol etlico 20 22,0

Solucin jabonosa 20 25,0

Tensioactivos y la Tensin Superficial

Debido a su capacidad para disminuir la tensin superficial, las sustancias tensioactivas

tienen importantes aplicaciones tcnicas y se utilizan como detergentes, su aplicacin ms

importante y conocida, pero tambin como agentes espumantes, emulgentes, dispersantes o

con poder mojante.

Estas sustancias no slo son sintticas, sino que tambin se encuentran en la naturaleza. Un

ejemplo son los cidos biliares, usados para emulsionar grasas en el intestino y as

favorecer la absorcin de grasas y la accin de las lipasas.

A travs de los tensioactivos es posible romper la tensin superficial del agua. Los

tensioactivos son sustancias que permiten poner en contacto dos fases, en este caso poner

en contacto el aire con el agua. La estructura de los tensioactivos consta de una parte

hidrfila (atrayente al agua) grupos polares y una parte hidrfoba (repelente al agua) son

cadenas de carbonos de 12-14-18 unidades. Se dice que los tensioactivos son molculas

ambifilicas es decir, que existe una dualidad desde el punto de vista de la polaridad.

La tensioactividad se debe a la tendencia de estas molculas a orientarse, cuando se

encuentran en una interfase, con la parte polar dirigida hacia la fase ms polar y con la parte

apolar orientada hacia la fase ms apolar.

Al aadir tensioactivos al agua estos se reparten por la superficie del lquido dejando la

parte hidrfoba (apolar) al exterior, en contacto con el aire, y la parte hidrfila (polar) en

contacto con el agua. Esto implica que las molculas de agua de la superficie ya no estn en

contacto con el aire, han sido sustituidas por molculas de tensioactivo, que tambin

ejercen fuerzas atractivas sobre las molculas de agua, disminuyendo as la tensin

superficial.

Los tensioactivos forman parte de los jabones, detergentes, ya sean para el lavado de ropa,

platos, etc, permitiendo poner en contacto dos fases. La suciedad presente en los platos o la

ropa son de origen orgnico y, las fases acuosas y orgnicas son inmiscibles (no se unen).

Gracias a los tensioactivos es posible poner en contacto estas dos fases, disolviendo la

materia orgnica en el agua.

Cuando se disuelve jabn o cualquier otro tensioactivo en agua, a concentraciones bajas,

sus molculas se disponen en la superficie formando una monocapa, lo que origina

espuma. Si se aumenta la concentracin del tensiaoctivo, al saturarse la monocapa, el

exceso de molculas de tensioactivo pasa a la disolucin formando micelas; las micelas

pueden definirse como agregados macromoleculares de 25-200 molculas de tensioactivo,

que se originan a partir de una concentracin conocida como concentracion micelar critica

(c.m.c.). Una vez superada la c.m.c., la tensin superficial se mantiene constante, aunque se

aada ms cantidad de tensioactivo. Las micelas originadas en un medio acuoso orientan la

parte apolar hacia dentro, y la parte polar hacia fuera, en contacto con el agua.

Cuando se lava una superficie sucia, la parte hidrofbica del tensioactivo se une a la

materia orgnica de la superficie, deja las cabezas hidroflicas hacia afuera en contacto con

el agua y arrastra la suciedad de la superficie a limpiar.

Accin de los surfactantes

Los surfactantes como tal poseen una accin antibacteriana, muchos de los agentes

superficialmente activos actan en la superficie de las clulas y bacterias, reduciendo la

tensin superficial e interfacial como consecuencia de su absorcin y extensin.

La accin antibacteriana de los agentes surfactantes, en particular la de los compuestos

cuaternarios, que es bien conocida, depende no slo de los fenmenos interfaciales, sino

tambin de otros importantes factores. Estos agentes son adsorbidos sobre la superficie

celular.

Los surfactantes no inicos crean una accin antibacterianos menos eficaces, ya que, en

realidad, stos favorecen, en lugar de inhibir, el crecimiento de las bacterias, posiblemente

por proporcionar los cidos grasos de cadena larga en una forma tal que son metabolizados

con facilidad por el microorganismo.

Los surfactantes crean una accin limpiadora que actan como puentes de unin entre el

agua y las partculas de suciedad presentes en las superficies a limpiar. En el caso de los

detergentes.

Adems, un surfactante no tiene necesariamente un buen poder humectante; puede ser ms

efectivo como agente dispersante y/o emulsionante.

El grado de accin y actividad superficial de los mismos depende primordialmente de la

relacin entre constituyentes hidroflicos e hidrofbicos.

Otra accin de los surfactantes es la produccin de espumas. En el seno de un lquido puro

no se puede formar una espuma ya que la misma tensin superficial que mantiene unidas

las molculas y es responsable del propio estado lquido es demasiado elevada y tiende a

expulsar las burbujas gaseosas que se formen.

El papel de surfactante, de un modo o de otro suele corresponder a las protenas que, bien

por su estructura original o bien tras ser desnaturalizadas, presentan zonas polares e

hidrfilas y otras apolares e hidrfobas. Esto comprende una gama amplsima de protenas,

desde las gelatinas obtenidas al desnaturalizar colgeno hasta las ovoglobulinas y

ovotransferrinas de la clara de huevo, pasando por las protenas del suero de leche o las que

aparecen en la cerveza o los cavas.

Aunque prcticamente siempre las protenas hacen el papel de surfactante inicial, en

muchos casos no tienen capacidad de mantener la espuma estable durante mucho tiempo

por si solas y otra sustancia se adsorbe a las burbujas reforzando su pared; es el caso de los

glbulos de grasa que forman redes por coalescencia en la nata montada o de el almidn

gelificado que refuerza e impermeabiliza las burbujas de la masa de pan. En este ltimo

caso la retencin inicial de burbujas se debe ms a la alta viscosidad de la matriz que a la

presencia de un surfactante propiamente dicho.

Espumas

Las espumas son sistemas en los que un gas constituye la fase dispersa y un lquido o

slido la fase continua; la fase gaseosa se esparce a lo largo de toda la fase lquida, de

manera que las cavidades o burbujas de gas quedan separadas por finas pelculas de lquido.

La estabilidad de estas delgadas pelculas de lquido son las que determinan la estabilidad

global de la espuma. Las dos fases que conforman la espuma estn ntimamente ligadas y

forman una estructura que se torna ms ordenada a medida que la cantidad de gas aumenta.

Para que este tipo de sistemas reciba el nombre de espuma, la concentracin de la fase

dispersa debe ser elevada.

Formacin de las espumas:

Para que una espuma pueda formarse, se requiere:

Trabajo mecnico (energa): Es decir, agitacin o burbujeo de gas; el cual se hace

para incrementar el rea interfacial entre el gas y el lquido y al mismo tiempo para que las

molculas del agente espumante ocupen dicha rea formada.

La presencia de agente espuma: El agente espumante es un compuesto que se

ubicar en la interface gas-lquido, provocando una disminucin en la tensin superficial

del lquido a espumar. Las burbujas que se forman representan un aumento del aire

superficial gas-lquido. La nueva superficie que se crea por agitacin est por tanto

disponible para que se produzca la adsorcin de un surfactante presente en el lquido.

Un surfactante es una sustancia cuya molcula posee un grupo hidrfilo y un grupo

hidrfobo o lipoflico (el dodecilbenceno sulfonato de sodio usado en los polvos para lavar

la ropa o el oleato de potasio en los jabones o ms an el lauril sulfato de sodio de los

champ es).

Una de las propiedades fundamentales de los surfactantes es la fuerte tendencia de

adsorberse en las superficies o en las interfaces.

Separacin del gas por gravedad: La formacin de un sistema disperso no es la

nica razn para estar bajo la presencia de tensoactivos. Luego que las burbujas se forman

ellas se separan debido a la diferencia de densidad con la fase lquida. Estas burbujas se

amontonan unas sobre otras y en este proceso se forman pelculas entre las burbujas. Estas

pelculas son sometidas a esfuerzos de estiramiento y es indispensable que ellas no se

rompan, ya que la espuma se forma a partir de la acumulacin de burbujas.

Antiespumantes

Son productos con baja viscosidad y facilidad para propagarse rpidamente en las

superficies con efervescencia donde desestabiliza las lminas de espuma lo que provoca la

ruptura de las burbujas de aire y el desglose de la espuma de la superficie. Los

antiespumantes se utilizan para contener, reducir, evitar o eliminar la formacin excesiva

de espuma, fuente de suciedad y derroche.

Tipos de Antiespumantes:

Existen antiespumantes de diferentes composiciones qumicas que permiten la

adaptacin a la diversidad de sistemas que existen en el mercado y atacar los tipos de

espuma que puedan generarse, dentro de estos tipos de antiespumantes encontramos.

(a) Antiespumantes a base de agua: Los aceites y ceras se distribuyen a

travs de la accin por la base de agua y son ms tiles para liberar el aire atrapado de los

lquidos. La espuma se forma al quedar atrapadas burbujas de aire producidas durante

las diversas fases de la depuracin y la agitacin. La interfac aire-lquido de estas burbujas

est rodeada por los agentes tensoactivos presentes en el agua que debido a su baja

densidad emigran a la superficie. Durante este proceso, las burbujas pequeas se pueden

combinar para formar otras ms grandes que suben ms rpidamente.

(b) Antiespumantes a base de silicn: La gama silicnica se compone

de grados de producto de alta pureza pero baja viscosidad lo que mejora sensiblemente su

dosificacin reduciendo el tiempo de mezcla. Los antiespumantes silicnicos Sifloc estn

especialmente indicados en procesos industriales y control de espumas en depuracin, tanto

en sistemas fsico qumicos como en deshidratacin en centrfuga.

(c) Antiespumantes orgnicos a base de aceite minerales: Es un

antiespumantes orgnicos que se basan en combinaciones de aceites vegetales y/o

minerales como partculas hidrofbicas. Se utilizan con frecuencia para romper la espuma

de las superficies. Estos tipos de productos son menos eficientes que los de silicn aunque

son ms econmicos.

La actividad de los antiespumantes base aceite Sifloc garantizan un resultado muy eficaz

especialmente en balsas de homogenizacin y reactores biolgicos. Son extensamente

utilizados en depuradoras urbanas y industriales para controlar en una nica dosificacin

de choque, la formacin de espumas durante horas. La fase altamente hidrfoga mantiene

el antiespumante en suspensin durante largo tiempo inhibiendo su disolucin y la

formacin de espumas incluso en sistemas de alto aporte de oxgeno sin mermar la

capacidad biolgica del reactor.

ngulo de contacto

El ngulo de humectancia se refiere al ngulo que forma la superficie de un lquido al

entrar en contacto con un slido. El valor del ngulo de contacto depende principalmente de

la relacin que existe entre las fuerzas adhesivas entre el lquido y el slido y las fuerzas

cohesivas del lquido. Cuando las fuerzas adhesivas con la superficie del slido son muy

grandes en relacin a las fuerzas cohesivas, el ngulo de humectancia es menor de 90

grados sexagesimales, teniendo como resultado que el lquido moja la superficie.

La gota A estara sobre una superficie hidrfoba mientras que la gota C estara sobre una

superficie hidrfila.

ngulos de humectancia habituales

Consideremos un lquido ha cado sobre una superficie slida. Si el lquido es atrado

fuertemente por la superficie slida (por ejemplo agua sobre un slido hidrfilo) la gota se

extender completamente por el slido y el ngulo de contacta ser aproximadamente 0.

Para los slidos que sean menos hidrfilos el ngulo de contacto puede variar entre 0 y

30. Si la superficie del slido es hidrfoba el ngulo de contacto ser mayor que 90. En

superficies muy hidrfobas el ngulo puede ser mayor a 150 e incluso cercano a 180. En

estos casos el agua reposa sobre la superficie pero no la moja ni tampoco se extiende sobre

ellas. A algunas de estas superficies se les llama superhidrfobas y pueden ser obtenidas a

partir de superficies fluoradas como el Teflon que tiene una microtextura apropiada para

ello. Este efecto es denominado el efecto Lotus debido a la planta "Lotus" con hojas

especiales que desarrollan esta habilidad mediante pequeas protuberancias y que pueden

ser superhidrfobas incluso con miel.

Descripcin terica

La descripcin terica del contacto apareci como la consideracin del equilibrio

termodinmico de tres fases: la fase lquida de la gota (L), la fase slida de la superficie (S)

y la fase gas del aire del ambiente (V) (la cual es una mezcla de la atmsfera ambiente y

una concentracin equilibrada de vapor del lquido). La fase V puede ser incluso otro

lquido inmiscible. En equilibrio el potencial qumico en las tres fases deber ser igual. Sin

embargo es conveniente enmarcar la discusin en trminos de energas intersuperficiales. Si

definimos la energa intersuperficial slido-vapor como , la energa slido-lquido como y

la energa lquido-vapor como , podemos escribir una ecuacin que pueda satisfacer el

equilibrio (conocida como la ecuacin de Young):

Si bien la ley de Laplace permite ver fcilmente el comportamiento entre dos fases fluidas,

cuando se analiza el problema del menisco se complica la resolucin por la presencia de

mltiples interacciones. En la regin donde se produce el menisco hay fuerzas atractivas

entre las partculas fluidas del lquido, entre estas y las del aire y entre ellas y el slido que

forma el recipiente. Para simplificar el clculo, se tienen tabulados los llamados ngulos de

contacto que indican la inclinacin que forma el menisco. El ms habitual, el del agua con

el vidrio es 0, mientras que la contraposicin habitual en los manuales de texto, el

mercurio, tiene 140. Coloquialmente se ha hablado en mecnica de fluidos de fluidos que

"mojan" (como el agua) y los que "no mojan" (como el mercurio).

Aplicaciones

Capilaridad

Si se combina el salto de presiones que generan las fuerzas de la tensin superficial con el

gradiente de presin de una columna fluida en reposo (donde la presin vara con la altura

en funcin de ) en un conducto circula se llega a la Ley de Jurin (as llamada por el

botnico James Jurin):

donde:

= tensin superficial interfacial (N/m)

= ngulo de contacto

= densidad del lquido (kg/m)

g = aceleracin debida a la gravedad (m/s)

r = radio del tubo (m)

h = altura que alcanza la lnea de contacto del fluido con el tubo (m)

Efectos de la capilaridad.

En la imagen se pueden ver las consecuencias de esta ley. La superficie externa del fluido

se encuentra a la presin atmosfrica. El salto de presiones en el menisco lleva a un cambio

de altura para que el fluido se mantenga en equilibrio. Los efectos del ngulo de contacto

llegan a cambiar el sentido de la columna cuando el coseno cambia de signo. Los dos

conductos en el agua muestran el efecto del radio del conducto: a mayor radio, menor

curvatura y menos presin empuja el lquido por Laplace, generando una columna de

lquido menor por Jurin.

Este fenmeno se encuentra presente en el transporte de lquidos en plantas, el efecto del

agua en suelos y aplicaciones tecnolgicas

Anlisis terico de una gota

Ahora, supongamos una gota de la fase dentro de otra fase . Podemos pensar, por

ejemplo, en una gota de lquido cayendo libremente en el aire. Si su tamao y densidad no

son grandes, los efectos gravitatorios son pequeos y pueden no tenerse en cuenta. El

mismo anlisis puede realizarse a la inversa, para una gota de aire en un lquido o para una

gota de un lquido en otro.

La gota tender a disminuir su superficie adoptando la forma esfrica pues como se ha

mencionado la tensin puede verse como la energa necesaria para crear una unidad de

superficie y la esfera tiene la menor superficie por unidad de volumen.

El caso de una burbuja de agua en el aire es ligeramente distinto. Se dan dos superficies de

contacto entre el agua y el aire, una en el interior de la burbuja y otra en el exterior.

Haciendo el equilibrio de fuerzas3 llegamos a:

Viscosidad de los Surfactantes

La viscosidad es la propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se le

aplica una fuerza. Los fluidos de alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir; los

fluidos de baja viscosidad fluyen con facilidad. La fuerza con la que una capa de fluido en

movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido determina su viscosidad

Los Surfactantes Viscoelcticos

El nivel molecular. Los surfactantes viscoelcticos exhiben una estructura de cabeza

hidrofilicas bien definida (derecha) adosada a una seccin de cola articulada con un

extremo hidrofbico (izquierda). Cuando se dispersa en soluciones de salmuera especifica,

por ejemplo, las secciones de cola se asocian formando finalmente una estructura micela

vermicula o vermiforme

En Soluciones Surfactantes

La viscosidad de la fase interna de soluciones surfactantes juega un papel si existe

un movimiento de conveccin dentro de las gotas. Tal fenmeno fue estudiado inicialmente

como una modificacin de la ley de Stokes de cada libre de una gota. Hadamard mostr

que la velocidad de cada puede disminuir notablemente en presencia de conveccin interna.

Sin embargo, este efecto es despreciable si la viscosidad de la fase interna es mucho mayor

que la viscosidad de la fase externa, como en muchos casos prcticos.

Para emulsiones de aceites muy viscosos en agua, se hall que la viscosidad de la fase

interna no tiene prcticamente ninguna influencia. Sin embargo debe puntualizarse que a

menor viscosidad de la fase interna, en general menor el dimetro de las gotas (para una

agitacin dada); por lo tanto puede producirse un efecto de aumento aparente de la

viscosidad de la emulsin cuando disminuye la viscosidad de la fase interna, no por la baja

viscosidad de la fase interna sino por el menor tamao de la gota de la emulsin.

Efectos Electroviscosos en Soluciones Surfactantes

Este efecto ha sido estudiado ms que todo sobre sistemas de coloides liofbicos. Al

presentarse una doble capa elctrica en el exterior de las gotas, el movimiento de la fase

externa situada entre dos gotas puede estar retrasado por fenmenos electroviscosos.

Especficamente el drenaje de una pelcula de fase externa entre dos gotas vecinas arrastra

cargas elctricas de la doble capa y produce un efecto llamado potencial de flujo, cuyo

resultado es un flujo inverso (electro-osmosis).

Se puede tener en cuenta este efecto de manera indirecta, suponiendo que el fluido de la

doble capa est ligado con la gota, es decir suponiendo un aumento aparente del volumen

de fase interna con el volumen de fase externa que solvata la capa de surfactante.

Estos efectos aumentan la viscosidad de la emulsin, de una forma a veces notable,

comparable a un 50% de aumento de 0.

Efecto de la formulacin

La literatura clsica no indica claramente cul es el efecto de la formulacin, sino que al

aumentar la concentracin de emulsionante, disminuye el tamao de gota con el resultante

aumento de viscosidad.

Sin embargo estudios recientes han mostrado que la viscosidad puede estar

considerablemente afectada por la formulacin.

En realidad parece que la viscosidad de la emulsin es extremadamente baja para los sistemas

de tensin interfacial ultra-baja; el tamao de gota de tales sistemas debera ser muy

pequeo, pero no es as porque la velocidad de coalescencia es tambin muy rpida.

Se conjetura que con una muy baja tensin interfacial, las gotas pueden alargarse

paralelamente a las lneas de flujo y as reducir considerablemente sus interacciones. Es lo

que se observa en la movilizacin de aceite en un medio poroso por el proceso de drenaje

micelar.

Emulsiones poco viscosas - aspectos prcticos

El transporte y almacenamiento de crudos, residuos o asfaltos, requiere la formacin de

emulsiones estables y poco viscosas. Por otra parte se requiere en general un contenido de

agua relativamente bajo.

Otras aplicaciones alimenticias, farmacuticas, en tintas y pinturas pueden requerir una

viscosidad relativamente baja. A continuacin se examinaran los elementos del problema y

las posibles soluciones prcticas para obtener una emulsin de alto contenido de fase

interna pero poco viscosa.

Debido a la proporcionalidad entre la viscosidad de la emulsin y aquellas de la fase

externa, la emulsin tiene que ser del tipo O/W.

Para ser estable, la emulsin tiene que poseer un tamao de gota relativamente pequeo,

pero no demasiado pequeo, ya que eso aumenta la viscosidad.

Ya que las emulsiones polidispersas son menos viscosas que las emulsiones monodispersas,

una polidispersidad es deseable. La polidispersidad se obtiene mediante una agitacin

desigual de diferentes porciones del volumen total, sea desplazando el agitador, sea

cambiando el tiempo de emulsionacin. Tambin se puede lograr una reduccin notable de

viscosidad al mezclar dos emulsiones con tamaos de gotas muy diferentes, tal que la

emulsin mezcla tenga una distribucin bimodal.

Se debe recordar adems que al envejecer las emulsiones, la distribucin de tamao tiende

a ampliarse y el tamao promedio a aumentar. Esto se debe a que las pequeas gotas se

vacan en las ms grandes. Puede ser por lo tanto conveniente dejar envejecer las

emulsiones para reducir su viscosidad. Sin embargo, el envejecimiento puede producir

floculacin (en grapas) o pelculas interfaciales rgidas que pueden resultar en aumentos

indeseables de viscosidad y de estabilidad, al menos que se controle la adsorcin interfacial

con surfactantes adecuados.

Los sistemas de baja tensin interfacial (formulacin ptima) permiten producir emulsiones

poco viscosas con pequeo tamao de gota, pero muy inestables. Tal formulacin es

adecuada para emulsionar, ya que la energa requerida es muy pequea; sin embargo tiene

que ser cambiada inmediatamente despus de la emulsionacin, mediante la adicin de un

surfactante hidroflico para aumentar la estabilidad. Tal tipo de proceso permite obtener con

poco gasto energtico emulsiones O/W estables, relativamente polidispersas y poco

vicosas. Con crudos extrapesados se han obtenido emulsiones estables con 70% de crudo y

viscosidad del orden de 100 cP.

Mtodo para intensificar la viscosidad

Un mtodo para intensificar la viscosidad y/o viscoelasticidad de solucin surfactante es

usando nanopartculas. La partcula permite a un formulador hacer a medida una solucin

de reologa definida (viscosidad y/o viscoelasticidad) usando nanopartculas para controlar

estas propiedades. Adema, las partculas permiten el control independiente de cada una de

las variables y permiten adicionalmente que la variable sea controlada sin el uso de

surfactantes adicionales, polmeros y otros componentes tradicionalmente usados para este

fin.