Efecto humectante, requisito: HLB: 7-9
La humectación se define como el fenómeno por el cual un líquido desplaza un gas adsorbido en una superficie sólida. Las sustancias que pueden mejorar esta capacidad de desplazamiento se denominan agentes humectantes. La humectación se clasifica generalmente en tres tipos: humectación por contacto (humectación adhesiva), humectación por inmersión (humectación inmersiva) y humectación por extensión (humectación por extensión). De estos, la extensión representa el estándar más alto de humectación, y el coeficiente de extensión 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 tensioactivos pueden utilizarse para controlar el grado de humectación entre las fases líquida y sólida.
En la industria de los plaguicidas, algunas formulaciones granuladas y polvos para espolvorear contienen cierta cantidad de tensioactivos. Su función es mejorar la adhesión y la deposición del plaguicida sobre la superficie objetivo, acelerar la liberación y ampliar el área de dispersión de los ingredientes activos en condiciones de humedad, lo que aumenta la eficacia en la prevención y el tratamiento de enfermedades.
En la industria cosmética, los tensioactivos 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)
La concentración mínima a la que las moléculas de surfactante se asocian para formar micelas. Cuando la concentración supera el valor de la CMC, las moléculas de surfactante se organizan en estructuras como configuraciones esféricas, en forma de varilla, lamelares o en forma de placa.
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 (CAM). 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 tensioactivos. En el caso de los tensioactivos iónicos, su solubilidad aumenta bruscamente con el incremento de la temperatura, y la temperatura a la que se produce este aumento repentino se denomina punto de Krafft. Cuanto mayor sea el punto de Krafft, menor será la concentración micelar crítica.
En el caso de los tensioactivos no iónicos de polioximetileno, cuando la temperatura alcanza cierto nivel, 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 polioximetileno, 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 polioximetileno, mayor será el punto de enturbiamiento.
Las sustancias orgánicas no polares (por ejemplo, el benceno) tienen una solubilidad muy baja en agua. Sin embargo, la adición de tensioactivos como el oleato de sodio puede aumentar significativamente la solubilidad del benceno en agua, un proceso denominado solubilización. La solubilización se diferencia de la disolución ordinaria: el benceno solubilizado no se dispersa uniformemente en las moléculas de agua, sino que queda atrapado dentro de 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, las moléculas de surfactante se acumulan en la superficie del líquido formando una capa monomolecular compacta y orientada. El exceso de moléculas en la fase líquida se agrega con sus grupos hidrofóbicos orientados hacia el interior, formando micelas. La concentración mínima necesaria para iniciar la formación de micelas se define como la concentración micelar crítica (CMC). A esta concentración, la solución se desvía del comportamiento ideal y aparece un punto de inflexión distintivo en la curva de tensión superficial frente a la concentración. Un mayor aumento de la concentración de surfactante ya no reducirá la tensión superficial; por el contrario, promoverá el crecimiento y la multiplicación continuos de micelas en la fase líquida.
Cuando las moléculas de surfactante se dispersan en una solución y alcanzan una concentración específica, se asocian a partir de monómeros individuales (iones o moléculas) formando agregados coloidales llamados micelas. Esta transición provoca 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 conoce como micelización.
La formación de micelas en soluciones acuosas de surfactantes es un proceso dependiente de la concentración. En soluciones extremadamente diluidas, el agua y el aire están prácticamente en contacto 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 líquida. A medida que la concentración de surfactante aumenta moderadamente, las moléculas se adsorben rápidamente sobre la superficie del agua, reduciendo el área de contacto entre el agua y el aire y provocando una caída brusca de la tensión superficial. Simultáneamente, algunas moléculas de surfactante en la fase líquida se agregan con sus grupos hidrofóbicos alineados, formando pequeñas micelas.
A medida que la concentración sigue aumentando y la solución alcanza la adsorción de saturación, se forma una película monomolecular densamente empaquetada en la superficie del líquido. Cuando la concentración llega a 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 líquida. La solución queda entonces dominada por micelas, que actúan como microrreactores en la síntesis de nanopartículas. Con el aumento continuo de la concentración, el sistema transita gradualmente a un estado cristalino líquido.
Cuando la concentración de una solución acuosa de surfactante alcanza la concentración micelar crítica (CMC), la formación de micelas se vuelve más frecuente al aumentar la concentración. Esto se caracteriza por un punto de inflexión en la curva de tensión superficial frente al 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 poseen altas cargas superficiales. Debido a la atracción electrostática, los contraiones se adhieren 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 de retardo de la atmósfera iónica formada por los contraiones aumenta significativamente, una propiedad que puede aprovecharse para ajustar la dispersibilidad de los nanopartículas. Por estas dos razones, la conductividad equivalente de la solución disminuye rápidamente al aumentar la concentración más allá de la CMC, lo que convierte a este punto en un método fiable para determinar la concentración micelar crítica de los surfactantes.
La estructura de las micelas de surfactantes iónicos es típicamente esférica y consta de tres partes: un núcleo, una capa 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 aproximadamente 1 y 2,8 nm. Los grupos metileno (-CH₂-) adyacentes a los grupos de cabeza polares poseen polaridad parcial, reteniendo 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 similar a un líquido, sino que forman parte de la capa micelar no líquida.
La capa micelar, también conocida 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 de aproximadamente 0,2 a 0,3 nm. Esta capa contiene no solo los grupos de cabeza iónicos 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 monoméricas del 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 de hidrocarburos hidrófobas forman la capa externa de la micela. Este tipo de micela tiene una estructura inversa a la de las micelas acuosas convencionales y, por lo tanto, 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 nanotransportadores de fármacos, en particular para la encapsulación de fármacos hidrófilos.
Fecha de publicación: 26 de diciembre de 2025