Efecto humectante, requisito: HLB: 7-9
La humectación se define como el fenómeno por el cual el gas adsorbido en una superficie sólida es desplazado por un líquido. Las sustancias que pueden mejorar esta capacidad de desplazamiento se denominan agentes humectantes. La humectación generalmente se clasifica en tres tipos: humectación por contacto (humectación por adhesión), humectación por inmersión (humectación por inmersión) y humectación por propagación (humectación por propagación). Entre estos, la propagación representa el estándar más alto de humectación, y el coeficiente de propagación se utiliza a menudo como indicador para evaluar el rendimiento de humectación entre diferentes sistemas. Además, el ángulo de contacto también es un criterio para juzgar la calidad de la humectación. Los surfactantes se pueden utilizar para controlar el grado de humectación entre las fases líquida y sólida.
En la industria de plaguicidas, algunas formulaciones granulares y polvos espolvoreables también contienen cierta cantidad de surfactantes. Su propósito es mejorar la adhesión y la cantidad de deposición del plaguicida en la superficie objetivo, acelerar la velocidad de liberación y ampliar el área de propagación de los ingredientes activos en condiciones de humedad, mejorando así la eficacia en la prevención y el tratamiento de enfermedades.
En la industria cosmética, los surfactantes actúan como emulsionantes y son componentes indispensables en productos para el cuidado de la piel como cremas, lociones, limpiadores faciales y desmaquillantes.
Micelas y solubilización,Requisitos: C > CMC (HLB 13–18)
Concentración mínima a la que las moléculas de surfactante se asocian para formar micelas. Cuando la concentración supera el valor de CMC, las moléculas de surfactante se organizan en estructuras esféricas, bastoncillo-láminas o laminares.
Los sistemas de solubilización son sistemas de equilibrio termodinámico. Cuanto menor sea la CMC y mayor el grado de asociación, mayor será la concentración máxima de aditivo (CMA). El efecto de la temperatura en la solubilización se refleja en tres aspectos: influye en la formación de micelas, la solubilidad de los solubilizantes y la solubilidad de los propios surfactantes. En el caso de los surfactantes iónicos, su solubilidad aumenta bruscamente con el aumento de la temperatura, y la temperatura a la que se produce este aumento abrupto se denomina punto de Krafft. Cuanto mayor sea el punto de Krafft, menor será la concentración crítica de micelas.
En el caso de los tensioactivos no iónicos de polioxietileno, al alcanzar cierto nivel de temperatura, su solubilidad disminuye drásticamente y se produce precipitación, lo que provoca que la solución se vuelva turbia. Este fenómeno se conoce como enturbiamiento, y la temperatura correspondiente se denomina punto de enturbiamiento. Para tensioactivos con la misma longitud de cadena de polioxietileno, cuanto más larga sea la cadena de hidrocarburos, menor será el punto de enturbiamiento; por el contrario, con la misma longitud de cadena de hidrocarburos, cuanto más larga sea la cadena de polioxietileno, mayor será el punto de enturbiamiento.
Las sustancias orgánicas apolares (p. ej., el benceno) presentan una solubilidad muy baja en agua. Sin embargo, la adición de surfactantes como el oleato de sodio puede aumentar significativamente la solubilidad del benceno en agua, un proceso denominado solubilización. La solubilización es distinta a la disolución ordinaria: el benceno solubilizado no se dispersa uniformemente en las moléculas de agua, sino que queda atrapado en las micelas formadas por los iones oleato. Estudios de difracción de rayos X han confirmado que todos los tipos de micelas se expanden en distintos grados tras la solubilización, mientras que las propiedades coligativas de la solución global permanecen prácticamente inalteradas.
A medida que aumenta la concentración de surfactantes en el agua, sus moléculas se acumulan en la superficie del líquido para formar una capa monomolecular densa y orientada. El exceso de moléculas en la fase global se agrega con sus grupos hidrofóbicos hacia el interior, formando micelas. La concentración mínima requerida para iniciar la formación de micelas se define como concentración micelar crítica (CMC). A esta concentración, la solución se desvía del comportamiento ideal y aparece un punto de inflexión claro en la curva de tensión superficial vs. concentración. Un mayor aumento de la concentración de surfactante ya no reduce la tensión superficial; en cambio, promueve el crecimiento y la multiplicación continuos de micelas en la fase global.
Cuando las moléculas de surfactante se dispersan en una solución y alcanzan un umbral de concentración específico, se asocian a partir de monómeros individuales (iones o moléculas) en agregados coloidales llamados micelas. Esta transición desencadena cambios abruptos en las propiedades físicas y químicas de la solución, y la concentración a la que esto ocurre se denomina CMC. El proceso de formación de micelas se denomina micelización.
La formación de micelas en soluciones acuosas de surfactante es un proceso dependiente de la concentración. En soluciones extremadamente diluidas, el agua y el aire están en contacto casi directo, por lo que la tensión superficial disminuye solo ligeramente, manteniéndose cercana a la del agua pura, con muy pocas moléculas de surfactante dispersas en la fase global. A medida que la concentración de surfactante aumenta moderadamente, las moléculas se adsorben rápidamente en la superficie del agua, reduciendo el área de contacto entre el agua y el aire y provocando una caída brusca de la tensión superficial. Mientras tanto, algunas moléculas de surfactante en la fase global se agregan con sus grupos hidrofóbicos alineados, formando pequeñas micelas.
A medida que la concentración continúa aumentando y la solución alcanza la adsorción de saturación, se forma una película monomolecular densa sobre la superficie del líquido. Cuando la concentración alcanza la CMC, la tensión superficial de la solución alcanza su valor mínimo. Más allá de la CMC, un mayor aumento de la concentración de surfactante apenas afecta la tensión superficial; en cambio, aumenta el número y el tamaño de las micelas en la fase global. La solución está entonces dominada por micelas, que sirven como microrreactores en la síntesis de nanopolvos. Con el aumento continuo de la concentración, el sistema pasa gradualmente a un estado líquido cristalino.
Cuando la concentración de una solución acuosa de surfactante alcanza la CMC, la formación de micelas se hace evidente al aumentar la concentración. Esto se caracteriza por un punto de inflexión en la curva de tensión superficial vs. logaritmo de la concentración (curva γ–log c), junto con la aparición de propiedades físicas y químicas no ideales en la solución.
Las micelas de surfactantes iónicos presentan altas cargas superficiales. Debido a la atracción electrostática, los contraiones son atraídos a la superficie de la micela, neutralizando parte de las cargas positivas y negativas. Sin embargo, una vez que las micelas forman estructuras altamente cargadas, la fuerza retardante de la atmósfera iónica formada por los contraiones aumenta significativamente, propiedad que puede aprovecharse para ajustar la dispersabilidad de los nanopolvos. Por estas dos razones, la conductividad equivalente de la solución disminuye rápidamente al aumentar la concentración por encima de la CMC, lo que convierte a este punto en un método fiable para determinar la concentración micelar crítica de surfactantes.
La estructura de las micelas de surfactantes iónicos es típicamente esférica y consta de tres partes: un núcleo, una cubierta y una doble capa eléctrica difusa. El núcleo está compuesto por cadenas de hidrocarburos hidrofóbicos, similares a los hidrocarburos líquidos, con un diámetro que oscila entre 1 y 2,8 nm aproximadamente. Los grupos metileno (-CH₂-) adyacentes a los grupos polares de la cabeza poseen polaridad parcial, lo que retiene algunas moléculas de agua alrededor del núcleo. Por lo tanto, el núcleo de la micela contieneuna cantidad considerable de agua atrapada, y estos grupos -CH₂- no están completamente integrados en el núcleo de hidrocarburo líquido, sino que forman parte de la capa micelar no líquida.
La capa micelar también se conoce como interfaz micela-agua o fase superficial. No se refiere a la interfaz macroscópica entre las micelas y el agua, sino a la región entre las micelas y la solución acuosa monomérica de surfactante. En el caso de las micelas de surfactante iónico, la capa está formada por la capa de Stern más interna (o capa de adsorción fija) de la doble capa eléctrica, con un espesor aproximado de 0,2 a 0,3 nm. La capa contiene no solo los grupos de cabeza iónica de los surfactantes y una porción de contraiones unidos, sino también una capa de hidratación debida a la hidratación de estos iones. La capa micelar no es una superficie lisa, sino una interfaz rugosa, resultado de las fluctuaciones causadas por el movimiento térmico de las moléculas de monómero surfactante.
En medios no acuosos (a base de aceite), donde predominan las moléculas de aceite, los grupos hidrófilos de los surfactantes se agregan hacia el interior para formar un núcleo polar, mientras que las cadenas hidrocarbonadas hidrófobas forman la capa externa de la micela. Este tipo de micela presenta una estructura inversa en comparación con las micelas acuosas convencionales, por lo que se denomina micela inversa; en cambio, las micelas formadas en agua se denominan micelas normales. La Figura 4 muestra un modelo esquemático de micelas inversas formadas por surfactantes en soluciones no acuosas. En los últimos años, las micelas inversas se han utilizado ampliamente en la síntesis y preparación de portadores de fármacos a escala nanométrica, en particular para la encapsulación de fármacos hidrófilos.
Hora de publicación: 26 de diciembre de 2025