SURFACTANTES. Prof. Harley P. Martins Filho. Sabões, detergentes, álcoois de cadeia longa e outras moléculas relacionadas são anfifílicas.

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1 SURFTNTES Prof. Harley P. Martins Filho Surfactantes Sabões, detergentes, álcoois de cadeia longa e outras moléculas relacionadas são anfifílicas. Estrutura básica: Grupo polar hidrófilo (SO 3-, OO -, OH etc) adeia apolar hidrófoba Estrutura da solução de uma molécula anfifílica: adeia apolar de grande parte das moléculas é expulsa da solução 1

Efeitos da concentração superficial de soluto: abaixamento da tensão superficial, da tensão interfacial óleo-água e diminuição da evaporação.

2 Efeitos da concentração superficial de soluto: abaixamento da tensão superficial, da tensão interfacial óleo-água e diminuição da evaporação. Parede de uma bolha de sabão: bolha perdura por causa da evaporação diminuída da água Tipos de surfactantes: niônicos: Lauril éter sulfato de sódio: (detergente) Dodecil sulfato de sódio: (detergente) Estearato de sódio: (sabão) lquil benzeno sulfonatos: (detergentes biodegradáveis) 2

Parede de uma bolha de sabão: bolha perdura por causa da evaporação diminuída da água Tipos de

atiônicos: Brometo de cetiltrimetilamônio: (agente antisséptico, também usado em condicionadores capilares) Zwitteriônicos (anfotéricos): ocamidopropila betaína: (surfactante excepcionalmente suave à

3 atiônicos: Brometo de cetiltrimetilamônio: (agente antisséptico, também usado em condicionadores capilares) Zwitteriônicos (anfotéricos): ocamidopropila betaína: (surfactante excepcionalmente suave à pele) Não-iônicos: Álcool oleico: Relação termodinâmica entre e concentração oncentração do soluto no interior da solução ( bulk ): (mol L -1 ) oncentração superficial de excesso ( s ): número de mols de soluto em excesso na superfície por área da superfície (mol m -2 ) valor de s varia com em soluções de concentração baixa mas logo atinge um valor máximo limite para uma concentração característica de cada surfactante. Nesta situação, as moléculas em excesso fecham a superfície com uma monocamada. Base da obtenção de uma relação entre, s e : alterações da energia livre da superfície pela presença do soluto na superfície. Isoterma de adsorção de Gibbs: T RTs ou s RT T (I) 3

4 Variação de com para vários tipos de surfactantes em água: Tipo I c.m.c. Tipo II Tipo III Tipo I: Sais inorgânicos e sacarose. Relação é linear (/) T é constante e positiva s é negativa (soluto evita a superfície) Tipo II: Maioria dos compostos orgânicos parcialmente solúveis em água (álcoois, ácidos carboxílicos etc). (/) T é negativa e varia com s é positiva. Tipo III: Sabões de cadeia média, detergentes (sais de alquilsulfatos: R-OSO 2 O - Na + ), sais de aminas quaternárias ((H 3 ) 3 RN + l - ) e compostos de polioxietileno (R(OH 2 H 2 ) n OH, onde n varia de 5 a 15). (/) T é negativa e varia com até a concentração micelar crítica s é positiva. partir da concentração micelar crítica, torna-se favorável energeticamente o agrupamento das moléculas do surfactante em micelas. Interior das micelas é hidrófobo partículas de gordura podem ser solubilizadas neste interior, permanecendo estáveis em solução ação detergente 4

(/) T é negativa e varia com s é positiva.

5 Obtenção da concentração superficial de excesso Tipo I: Forma (I) da isoterma é conveniente, já que (/) T neste caso é o coeficiente angular de uma reta. Tipos II e III: É mais conveniente rearranjar isoterma de Gibbs aproveitando a relação entre infinitesimais dc d ln 1 s RT ln Em um gráfico ln, a inclinação (/ln) T inicialmente varia porque s está aumentando com. Quando s atinge o valor máximo limite, a isoterma prevê que a derivada (/ln) T torne-se constante a partir de uma dada concentração, relação ln fica linear. (II) Exemplo: tkins, 5ª edição, Problema Numérico s concentrações e correspondentes tensões superficiais de algumas soluções aquosas de butanol foram medidas a 20º, com os seguintes resultados: (mol L -1 ) 0,0264 0,0536 0,1050 0,2110 0,4330 (mn m -1 ) 68,00 63,14 56,31 48,08 38,87 ln(/ mol L -1 ) -3,63-2,93-2,25-1,56-0,84 * ,0-3,5-3,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,5 ln Regressão com os três últimos pontos: = -12, ln + 28, s 1 ( 12, , , mol m -2 3 ) 5

aumentando com. Quando s atinge o valor máximo limite, a isoterma prevê que a derivada (/ln) T torne-se constante a partir de uma dada concentração, relação ln fica linear.

6 álculo da área ocupada pela molécula na superfície Número de moléculas que ocupam 1 m 2 de superfície: N s Área ocupada por uma molécula: N s moléculas 1 m 2 Uma molécula 1 s N Exemplo do butanol: = 1/(5, , ) = 3, m 2 (0,327 nm 2 ou 32,7 Å 2 ) Estimativa do comprimento da molécula: Área V molécula = l l = V molécula / l álculo do volume ocupado por molécula é baseado na densidade do composto em fase líquida: V molécula m molécula M / N M N V l molécula M s N M N N l Ms Exemplo do butanol: ρ = 0,8098 g cm -3 (0, Kg m -3 ) e M = 74,12 g mol -1 (74, kg mol -1 ) l = 74, , /0, = 4, m (4,65 Å) 6

= V molécula / l álculo do volume ocupado por molécula é baseado na densidade do composto em fase líquida: V molécula m molécula M / N M N V l molécula M s N M N N l

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